Base64(32)算法总结

Base64(32)

0x01概念理解

百度百科中解释
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。可查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。
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。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符（一般为128-bit的UUID）编码为一个字符串，用作HTTP表单和HTTP GET URL中的参数。在其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL（包括隐藏表单域）中的形式。此时，采用Base64编码具有不可读性，需要解码后才能阅读。

Base64算法使用了单表置换算法的思想。Base64使用一个由64个字符组成的映射表，见Base64字符映射表，然后其他的所有符号都根据这个映射表转换成对应的字符。

注意：Base64是在给定字符编码（如：gbk,utf-8）的基础上进行的,因为经过这些字符编码的编码之后，已经转换成该编码的二进制字节码了

这样Base64才能使用它的64字符进行转换

0x02简介

标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。

为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它在末尾填充’='号，并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“-”和“_”，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。

另有一种用于正则表达式的改进Base64变种，它将“+”和“/”改成了“!”和“-”，因为“+”,“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正则表达式中都可能具有特殊含义。
此外还有一些变种，它们将“+/”改为“-”或“.”（用作编程语言中的标识符名称）或“.-”（用于XML中的Nmtoken）甚至“_:”（用于XML中的Name）。

Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3 * 8 = 4*6 = 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。

0x03编码原理

1>将给定的字符串转化成对应的字符编码（如：GBK、UTF-8）
2>将获得该字符编码转换成二进制码
3>对获得的二进制码进行分组操作
　　第一步：每3个字节（8位二进制）为一组，一共24个二进制位
　　第二步：将这个24个二进制位分成4组，每个组有6个二进制位，不足6位的，后面补0。
　　第三步：在每个组前面加两个0，这样每个组就又变成了8位，即每个组一个字节，4个组就4个字节了。
　　第四步：根据Base64的转码表找到每个字节对应的符号，这个符号就是Base64的编码值

转码过程例子：

3 * 8=4*6
内存1个字节占8位
转前： s 1 3
先转成ascii：对应 115 49 51
2进制： 01110011 00110001 00110011
6个一组（4组） 011100110011000100110011
然后才有后面的 011100 110011 000100 110011
然后计算机是8位8位的存数 6不够，自动就补两个高位0了
所有有了 高位补0
科学计算器输入 00011100 00110011 00000100 00110011
得到 28 51 4 51
查对下照表 c z E z

0x04编码规则

经过Base64编码后的字符串的字符数一定是4的整数倍。在使用Base64编码时，如果得到的字符数不为4的整数倍，则后面使用等号 ‘=’补足

①把3个字符变成4个字符。
②每76个字符加一个换行符。
③最后的结束符也要处理。

例1:

转换前 11111111, 11111111, 11111111 （二进制）
转换后 00111111, 00111111, 00111111, 00111111 （二进制）
上面的三个字节是原文，下面的四个字节是转换后的Base64编码，其前两位均为0。
转换后，我们用一个码表来得到我们想要的字符串（也就是最终的Base64编码）

例2:

转换前 10101101,10111010,01110110
转换后 00101011, 00011011 ,00101001 ,00110110
十进制 43 27 41 54
对应码表中的值 r b p 2
所以上面的24位编码，编码后的Base64值为 rbp2
解码同理，把 rbq2 的二进制位连接上再重组得到三个8位值，得出原码。
（解码只是编码的逆过程，有关MIME的RFC还有很多，如果需要详细情况请自行查找。）
第一个字节，根据源字节的第一个字节处理。
规则：源第一字节右移两位，去掉低2位，高2位补零。
即：00 + 高6位
第二个字节，根据源字节的第一个字节和第二个字节联合处理。
规则如下，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
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，
规则第二个字节去掉高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，规则，源第三字节去掉高2位即可
//用更接近于编程的思维来说，编码的过程是这样的：
//第一个字符通过右移2位获得第一个目标字符的Base64表位置，根据这个数值取到表上相应的字符，就是第一//个目标字符。
//然后将第一个字符与0x03(00000011)进行与(&)操作并左移4位,接着第二个字符右移4位与前者相或(|)，即获得第二个目标字符。
//再将第二个字符与0x0f(00001111)进行与(&)操作并左移2位,接着第三个字符右移6位与前者相或(|)，获得第三个目标字符。
//最后将第三个字符与0x3f(00111111)进行与(&)操作即获得第四个目标字符。
//在以上的每一个步骤之后，再把结果与 0x3F 进行 AND 位操作，就可以得到编码后的字符了。

可是等等……聪明的你可能会问到，原文的字节数量应该是3的倍数啊，如果这个条件不能满足的话，那该怎么办呢？
我们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。

0x05代码实现

JAVA

package com.dokio.base64;
public class Base64 {
   
   
   
   //Constructor
   public Base64() {
   
   
   	
   }
   
   private static final 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])