一、簡介

Base64是網(wǎng)絡(luò)上最常見的用于傳輸8Bit字節(jié)碼的編碼方式之一，Base64就是一種基于64個可打印字符來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法。可查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的詳細(xì)規(guī)范。

Base64編碼是從二進(jìn)制到字符的過程，可用于在HTTP環(huán)境下傳遞較長的標(biāo)識信息。采用Base64編碼具有不可讀性，需要解碼后才能閱讀。

Base64由于以上優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于計算機的各個領(lǐng)域，然而由于輸出內(nèi)容中包括兩個以上“符號類”字符（+, /, =)，不同的應(yīng)用場景又分別研制了Base64的各種“變種”。為統(tǒng)一和規(guī)范化Base64的輸出，Base62x被視為無符號化的改進(jìn)版本。

二、原理

這里的討論的前提是使用 UTF-8 編碼

將輸入流中的字節(jié)按每3個8bit分為一組，然后每次取6個bit，將其轉(zhuǎn)換成表格中對應(yīng)的數(shù)據(jù)，如此3個字節(jié)可Base64編碼為4個字符，字節(jié)數(shù)增加三分之一。一直重復(fù)到?jīng)]有剩余的字符為止，當(dāng)位數(shù)不夠時補0來滿足一個字符，且要實現(xiàn)編碼后的位數(shù)為4的倍數(shù)，不足的用“=”代替。

• Base64編碼索引如下：

索引對應(yīng)字符索引對應(yīng)字符索引對應(yīng)字符索引對應(yīng)字符

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

三、示例

3.1 編碼

3.1.1 位數(shù)充足情況

• 第一步：“S”、“.”、"H"轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的ASCII碼值分別為0x53、0x2e、0x48。
• 第二步：轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制值是01010011、00101110、01001000。由此組成一個24位的二進(jìn)制字符串，這里不足8個bit的高位補0即可。
• 第三步：將24位每6個bit分為一組，共四組。分別為 010100、110010、111001、001000。
• 第四步：將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制得到，20、50、57、8。
• 第五步：用上面的值在Base64編碼表中進(jìn)行查找，分別對應(yīng)：U、y、5、I。因此“S.H”Base64編碼之后就變?yōu)?#xff1a;Uy5I。

3.1.2 位數(shù)不足情況

只有兩字符：

• 第一步：“S”、"H"轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的ASCII碼值分別為0x53、0x48。
• 第二步：轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制值是01010011、01001000。
• 第三步：將每6個bit分為一組，共三組。分別為 010100、110100、1000。可以看到最后一組的比特位不足 6 個，在這種情況下，會進(jìn)行末尾（低位）補0的操作。補完之后就會變成010100、110100、100000。但是你會發(fā)現(xiàn)，這里總共也只有18個比特，不滿足 3 個字節(jié)一組的原則。在這種情況下，前三組會按照常規(guī)的Base64進(jìn)行編碼，而缺失的一組則會使用 = 來進(jìn)行填充。
• 第四步：將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制得到，20、52、32。
• 第五步：用上面的值在Base64編碼表中進(jìn)行查找，分別對應(yīng)：U、0、g，再加上最后填充的 =。因此“SH”Base64編碼之后就變?yōu)?#xff1a;U0g=。
  

只有一字符：

• 第一步：“S”轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的ASCII碼值分別為0x53。
• 第二步：轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制值是01010011。
• 第三步：將每6個bit分為一組，共兩組。分別為 010100、11。可以第二組明顯不滿 6 個比特，進(jìn)行低位補0操作。補完之后就會變成010100、110000。但是你會發(fā)現(xiàn)，這里這里只有2組，不滿四組，所以這里需要填充2個 =。
• 第四步：將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制得到，20、48。
• 第五步：用上面的值在Base64編碼表中進(jìn)行查找，分別對應(yīng)：U、w，再加上最后填充的2個 =。因此“S”Base64編碼之后就變?yōu)?#xff1a;Uw==。

3.2 解碼

因為最終的編碼產(chǎn)物中，如果 6 個比特的分組不滿 4 組，會有 = 作為填充物，所以一個 Base64 完后的產(chǎn)物總是能夠被 4 整除。

所以，在解密中，我們每次需要處理 4 個字符，將這 4 個字符編碼之后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，再轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，不足 6 位的高位補0，然后將 6 個比特一組的二進(jìn)制數(shù)按原順序重新分成每 8 個比特一組，也就是一個字節(jié)一組。然后將其轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的字符。

3.2.1 位數(shù)充足情況

• 第一步：按照每次處理4個字符的原理，Uy5I 在編碼索引表中的值分別為20，50，57，8。
• 第二步：將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，不足六位的高位補0，再將其分成每8個bit一組，分別為01010011、00101110、01111001。
• 第三步：將分組好的比特轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，得到0x53、0x2e、0x48。
• 第四步：將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成字母得到，“S”、“.”、“H”，也就是 “S.H”

3.2.2 位數(shù)不足情況

• 第一步：U0g= 在編碼索引表中的值分別為20，50，32。
• 第二步：將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，不足六位的高位補0，分別為010100、110100、100000。
• 第三步：再將其分成每8個bit一組，分別為01010011、01001000。
• 第四步：將分組好的比特轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，得到0x53、0x48。
• 第五步：將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成字母得到，“S”、“H”，也就是 “SH”

四、實現(xiàn)

4.1 base64.h

#ifndef _BASE64_H_ #define _BASE64_H_/********************************************************************** INCLUDES*/ #include <stdint.h>/********************************************************************** API FUNCTIONS*/ uint8_t Base64_Encode(char *pInData, uint32_t inLen, char *pOutData, uint32_t *pOutLen); uint8_t Base64_Decode(char *pInData, uint32_t inLen, char *pOutData, uint32_t *pOutLen);#endif /* _BASE64_H_ */

4.2 base64.c

/********************************************************************** INCLUDES*/ #include <stdint.h> #include <stddef.h> #include "base64.h"/********************************************************************** LOCAL VARIABLES*/ static char s_base64Table[] = {'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z','0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','+', '/', '\0' };/********************************************************************** PUBLIC FUNCTIONS*/ /**@brief Base64編碼@param pInData -[in] 源字符串@param inLen -[in] 源字符串長度@param pOutData -[out] 編碼后字符串@param pOutLen -[out] 解碼后字符串長度@return 1 - 成功；0 - 失敗 */ uint8_t Base64_Encode(char *pInData, uint32_t inLen, char *pOutData, uint32_t *pOutLen) {if(NULL == pInData || 0 == inLen){return 0;}uint32_t i = 0;uint32_t j = 0;uint32_t temp = 0;// 3字節(jié)一組進(jìn)行轉(zhuǎn)換for(i = 0; i < inLen; i += 3) {// 獲取第一個6位temp = (*(pInData + i) >> 2) & 0x3F;*(pOutData + j++) = s_base64Table[temp];// 獲取第二個6位的前兩位temp = (*(pInData + i) << 4) & 0x30;// 如果只有一個字符，那么需要做特殊處理if(inLen <= (i + 1)) {*(pOutData + j++) = s_base64Table[temp];*(pOutData + j++) = '=';*(pOutData + j++) = '=';break;}// 獲取第二個6位的后四位temp |= (*(pInData + i + 1) >> 4) & 0x0F;*(pOutData + j++) = s_base64Table[temp];// 獲取第三個6位的前四位temp = (*(pInData+ i + 1) << 2) & 0x3C;if(inLen <= (i + 2)){*(pOutData + j++) = s_base64Table[temp];*(pOutData + j++) = '=';break;}// 獲取第三個6位的后兩位temp |= (*(pInData + i + 2) >> 6) & 0x03;*(pOutData + j++) = s_base64Table[temp];// 獲取第四個6位temp = *(pInData + i + 2) & 0x3F;*(pOutData + j++) = s_base64Table[temp];}*(pOutData + j) = '\0';// 編碼后的長度*pOutLen = inLen * 8 / 6;return 1; }/**@brief Base64解碼@param pInData -[in] 源字符串@param inLen -[in] 源字符串長度@param pOutData -[out] 解碼后字符串@param pOutLen -[out] 解碼后字符串長度@return 1 - 成功；0 - 失敗 */ uint8_t Base64_Decode(char *pInData, uint32_t inLen, char *pOutData, uint32_t *pOutLen) {if(NULL == pInData || 0 == inLen || inLen % 4 != 0){return 0;}uint32_t i = 0;uint32_t j = 0;uint32_t k = 0;char temp[4] = "";// 4字節(jié)一組進(jìn)行轉(zhuǎn)換for(i = 0; i < inLen; i += 4){// 找到在編碼索引表中對應(yīng)的值for(j = 0; j < 64; j++) {if(*(pInData + i) == s_base64Table[j]){temp[0] = j;}} for(j = 0; j < 64; j++){if(*(pInData + i + 1) == s_base64Table[j]){temp[1] = j;}}for(j = 0; j < 64; j++){if(*(pInData + i + 2) == s_base64Table[j]){temp[2] = j;}}for(j = 0; j < 64; j++) {if(*(pInData + i + 3) == s_base64Table[j]) {temp[3] = j;}}// 獲取第一個6位和第二個6位的前兩位組成一個8位*(pOutData + k++) = ((temp[0] << 2) & 0xFC) | ((temp[1] >> 4) & 0x03);if(*(pInData + i + 2) == '='){break;}// 獲取第二個6位的前四位和第三個6位的前四位組成一個8位*(pOutData + k++) = ((temp[1] << 4) & 0xF0) | ((temp[2] >> 2) & 0x0F);if(*(pInData + i + 3) == '='){break;}// 獲取第三個6位的后兩位和第四個6位組成一個8位*(pOutData + k++) = ((temp[2] << 6) & 0xF0) | (temp[3] & 0x3F);}*pOutLen = k;return 1; }/****************************************************END OF FILE****************************************************/

五、用法

• 編碼：
  編碼前：a123456
  編碼后：YTEyMzQ1Ng==

#include <stdio.h> #include <string.h> #include "base64.h"int main() {char *test = "a123456";uint32_t bufLen;char *buf = (char *)malloc(sizeof(char) * 1024);memset(buf, 0, sizeof(char) * 1024);Base64_Encode(test, strlen(test), buf, &bufLen);for(int i = 0; i < bufLen; i++){printf("%c", buf[i]);}free(buf);buf = NULL;return 0; }

• 解碼：
  解碼前：YTEyMzQ1Ng==
  解碼后：a123456

#include <stdio.h> #include <string.h> #include "base64.h"int main() {char *test = "YTEyMzQ1Ng==";uint32_t bufLen;char *buf = (char *)malloc(sizeof(char) * 1024);memset(buf, 0, sizeof(char) * 1024);Base64_Decode(test, strlen(test), buf, &bufLen);for(int i = 0; i < bufLen; i++){printf("%c", buf[i]);}free(buf);buf = NULL;return 0; }

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? 由 Leung 寫于 2022 年 10 月 12 日

? 參考：Base64 原理
　　　　C語言base64實現(xiàn)
　　　　base64編碼原理及C語言實現(xiàn)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C语言应用（3）——Base64编码/解码的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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