什么是 Base64

Base64 是二進(jìn)制到字符編碼的一種方案，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)使用 ASCII 字符串格式表示，即翻譯為基數(shù)為 64 的一種表示。每個 Base64 數(shù)字表示一個 6 比特的數(shù)據(jù)。三個字節(jié)(共 24 個比特)因此可以被表示為 4 個 Base64 數(shù)字。

Base64 常用于處理文本數(shù)據(jù)的場合，表示、傳輸、存儲一些二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

Base64 編碼表

從 0 到 25 ，也就是從 000000 到 011001，是 ASCII 字符 A - Z

從 26 到 51，也就是從 011010 到 110011，是 ASCII 字符 a - z

從 52 到 61，也就是從 110100 到 111101，是 ASCII 字符 0 - 9

62 (111110)是 ASCII 字符 +

63 (111111)是 ASCII 字符 /

綴詞(padding) =

因為 Base64 是每 6 個比特進(jìn)行一次編碼，而現(xiàn)代電腦上的編碼值被分為了一個個 8 比特的字節(jié)，因此，在 Base64 編碼的文本中，每 4 個字符表示三個字節(jié)的未編碼的文本或數(shù)據(jù)。這就意味著，當(dāng)未編碼的輸入的字節(jié)數(shù)不是 3 的倍數(shù)時，編碼輸出必須加上綴詞來使得輸出的長度是 4 的倍數(shù)。這個綴詞便是 = ，它表明：不再需要更多的比特來進(jìn)行解碼。

= 數(shù)量規(guī)則如下：若源數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)是 3 的倍數(shù)，則不需要加 =

若源數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)除 3 余 1，則加兩個 =

若源數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)除 3 余 2，則加一個 =

舉個例子來說明 = 的使用：

字符串 "Man" 的 ASCII 編碼是 01001101 ，01100001 ，01101110 ，(0x4d，0x61，0x6e)。拆成六個一組，就是 010011 ，010110 ，000101 ，101110 。對應(yīng)于 Base64 編碼表中的 T，W，F，u，故編碼后 ASCII 編碼的"Man" 對應(yīng)于 "TWFu"。

字符串 "Ma" 的 ASCII 是 01001101 ，01100001 。拆開得到 010011 ，010110 ，0001 。最后一組還少兩個比特，補零得到 000100 。對應(yīng)于 Base64 編碼得到 T，W，E，編碼結(jié)果為 "TWE="。此處的 = 表明補了兩個比特。

字符串 "M" 的 ASCII 是 01001101 ，拆開之，得到 010011 ，01 。最后一組要補四個零，得到 010000 。對應(yīng) Base64 得到 T，Q。編碼結(jié)果為 "TQ=="，== 表明補了四個比特。

實際上，綴詞 = 并不是必須的，因為缺少的字節(jié)可以從編碼文本的長度中計算得到。例如 “YW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4” 這個編碼串共有 27 個字符，不是 4 的倍數(shù)， 且由 mod(27, 4) = 1 可知它補充了兩個比特。通過這些信息就可以知道源文本(或數(shù)據(jù))(若為 ASCII 編碼)是 “any carnal pleasure.”。但是，如果多個 Base64 編碼字符串被連接在一起，= 是必要的，因為需要使用它來區(qū)分不同來源的字符串。

Base64 的解碼

當(dāng)對 Base64 進(jìn)行解碼時，四個字符通常會被轉(zhuǎn)化為三個字節(jié)。當(dāng)存在綴詞時則可能是兩個或一個，一個 = 表明四個字符會被轉(zhuǎn)化為兩個字節(jié)，兩個 = 表明四字符會被轉(zhuǎn)為一個字節(jié)。上面的例子便是如此。

如果沒有綴詞，在對所有的四字符組進(jìn)行轉(zhuǎn)碼后，若還有剩下的字符，剩下的字符數(shù)一定小于四。這種情況下，只可能剩下兩個或三個字符。若剩下兩個字符，則轉(zhuǎn)為一個字節(jié)，若為三個則轉(zhuǎn)為兩個字節(jié)。

一個簡單的 C 實現(xiàn)

以下代碼在 MINGW 下通過編譯并通過了下面的測試。

簡便起見，我沒用使用 stdint 頭文件，所有下面的代碼想要正確運行的話，必須滿足 int 是 32 位。

編碼

要想將一個個字節(jié)編碼為 Base64，首先需要一張二進(jìn)制碼(000000 - 111111)到 64 個字符的映射表：

char base64_encode_table[64] =

{

'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', '+', '/'

};

由于現(xiàn)在的計算機中一個字節(jié)是 8 位，而 Base64 編碼中每 6 位進(jìn)行一次編碼，在處理過程中若直接使用字節(jié)(字符)數(shù)組可能不是太方便。考慮到 3 * 8 = 4 * 6，先編寫一次性對 3 個字節(jié)進(jìn)行處理的函數(shù)會方便不少，而且若最后還剩下 1 或 2 個字節(jié)，可以一并處理。

void base64_convert3(char * dststr, unsigned char c1, unsigned char c2, unsigned char c3, int num)

{

// dststr must be big enough to contain four char

// num is the number of byte to convert

int convert = 0;

convert = (c1 << 16) | (c2 << 8) | c3;

for (int i = 0; i < 4; i++)

{

int temp = (convert >> (i * 6)) & 0x3f; //0x3f = 00111111

dststr[3 - i] = base64_encode_table[temp];

}

for (int i = 3; i > num; i--)

{

dststr[i] = '=';

}

}

上面的函數(shù)的三個字符參數(shù) c1, c2, c3 是順序排列的 3 個字節(jié)，參數(shù) num 是處理字節(jié)的個數(shù)。如果 num 的值不為 3，那么 c2 或 c3 的值應(yīng)該設(shè)為 0 來確保得到正確的結(jié)果。

這個函數(shù)沒有對參數(shù)的合理性進(jìn)行檢驗。

接下來就可以完成編碼函數(shù)了。

int base64_encoder(char * dststr, char * srcstr, int num, int * dstlength)

{

// num is the number of byte

// dstlength is the number of encoded char, include '='

// dststr must be big enough to carry encoded char

// return non-zero means failed

if (dststr == NULL || srcstr == NULL || num <= 0 || dstlength == NULL)

{

return 1;

}

int cnt = 0;

int i = 0;

for (i = 0; i <= num - 3; i += 3)

{

base64_convert3(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], srcstr[i + 2], 3);

cnt += 4;

}

if (i == num)

{

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else if (i == num - 1)

{

base64_convert3(dststr + cnt, srcstr[i], 0, 0, 1);

cnt += 4;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else if (i == num - 2)

{

base64_convert3(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], 0, 2);

cnt += 4;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else

{

return 1;

}

return 1;

}

該函數(shù)做了最低限度的參數(shù)檢查。dststr 代表編碼后字符串的目標(biāo)位置，srcstr 表示源字符串，num 是源字符串的長度，dstlength 指向一個整型變量，用于存儲得到的編碼的長度。

解碼

與編碼相似，解碼也需要一張映射表，不過 Base64 只規(guī)定了從二進(jìn)制到字符進(jìn)行編碼，而沒有規(guī)定字符的編碼，至于字符編碼是 ASCII 還是其他的比如 UTF-8，EBCDEC 。為了簡便起見，這里使用 ASCII。可以使用一個一個 if else 來去掉字符集依賴性，不過也太麻煩了點：

unsigned char base64_decode_table(unsigned char ch)

{

//use ascii code

if (isupper(ch))

{

return ch - 65; // 'A' is 65

}

else if (islower(ch))

{

return ch - 97 + 26; // 'a' is 97

}

else if (isdigit(ch))

{

return ch - 48 + 52; // '0' is 48

}

else if (ch == '+')

{

return 62;

}

else if (ch == '/')

{

return 63;

}

else

{

return 255;

}

}

同樣，與編碼類似，解碼時也可以考慮將四個字符看成一組，這樣處理帶 = 時更方便：

void base64_convert4(char * dststr, unsigned char c1, unsigned char c2, unsigned char c3, unsigned char c4, int num)

{

// num is the number of char

// dststr must not be null

int convert = 0;

convert = base64_decode_table(c4);

convert = convert | (base64_decode_table(c3) << 6);

convert = convert | (base64_decode_table(c2) << 12);

convert = convert | (base64_decode_table(c1) << 18);

for (int i = 0; i <= num - 2; i++)

{

dststr[i] = convert >> (8 * (2 - i)) & 0xff;

}

}

接下來就可以編寫解碼函數(shù)了，因為要處理使用 = 和不使用 = 的情況，代碼的選擇支有點多，看起來有點長：

int base64_decoder(char * dststr, char * srcstr, int num, int *dstlength)

{

//the min value of num is 2

if (dststr == NULL || srcstr == NULL || num < 2 || dstlength == NULL)

return 1;

int i;

int cnt = 0;

for (i = 0; i <= num - 8; i += 4)

{

base64_convert4(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], srcstr[i + 2], srcstr[i + 3], 4);

cnt += 3;

}

if (i == num - 4)

{

if (srcstr[num - 1] != '=')

{

base64_convert4(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], srcstr[i + 2], srcstr[i + 3], 4);

cnt += 3;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else

{

if (srcstr[num - 2] == '=')

{

base64_convert4(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], 0, 0, 2);

cnt += 1;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else

{

base64_convert4(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], srcstr[i + 2], 0, 3);

cnt += 2;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

}

}

else if (i == num - 3)

{

base64_convert4(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], srcstr[i + 2], 0, 3);

cnt += 2;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else if (i == num - 2)

{

base64_convert4(dststr + cnt, srcstr[i], srcstr[i + 1], 0, 0, 2);

cnt += 1;

dstlength[0] = cnt;

return 0;

}

else

{

return 1;

}

return 1;

}

測試

int main(void)

{

char man[] = "Man";

char trans_man[3][20];

int len[3];

//test encode

for (int i = 0; i < 3; i++)

{

base64_encoder(trans_man[i], man, 3 - i, len + i);

trans_man[i][len[i]] = '\0';

printf("%s\n", trans_man[i]);

}

//test decode

char restore[3][20];

int lenres[3];

for (int i = 0; i < 3; i++)

{

base64_decoder(restore[i], trans_man[i], 4, lenres + i);

restore[i][lenres[i]] = '\0';

printf("%s\n", restore[i]);

}

//test for situation without '='

base64_decoder(restore[0], trans_man[1], 3, lenres);

restore[0][lenres[0]] = '\0';

printf("%s\n", restore[0]);

base64_decoder(restore[0], trans_man[2], 2, lenres);

restore[0][lenres[0]] = '\0';

printf("%s\n", restore[0]);

char myself[] = "include-yy";

char myself_encode[20];

int myself_len;

base64_encoder(myself_encode, myself, 10, &myself_len);

myself_encode[myself_len] = '\0';

printf("\n%s\n", myself_encode);

base64_decoder(restore[0], myself_encode, myself_len, lenres);

restore[0][lenres[0]] = '\0';

printf("%s\n", restore[0]);

return 0;

}

輸出結(jié)果應(yīng)該為：

TWFu

TWE=

TQ==

Man

Ma

M

Ma

M

aW5jbHVkZS15eQ==

include-yy

在 Python 中使用 Base64

Python 隨處可見，用起來也比 C 方便的多，故學(xué)習(xí) Python 的用法肯定還是有用的。

Python 的 base64 模塊

base64 模塊提供了將二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼為可打印 ASCII 字符和將編碼解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)的函數(shù)。

base64 模塊提供的函數(shù)不限于操作 base64，還有 base16，base32 等，不過這里只關(guān)注 base64 的編碼和解碼。

接口函數(shù)

base64.b64encode(s, altchars=None)

該函數(shù)將類字節(jié)對象(bytes-like object)使用 base64 進(jìn)行編碼，并返回編碼后的字節(jié)。

altchars 必須是長度至少為 2 的類字節(jié)對象，這些字符指定了代替 + 和 / 的字符。這就允許該函數(shù)生成 URL 安全的 Base64 字符串。

base64.b64decode(s, altchars=None, validate=False)

該函數(shù)被編碼的字符串解碼并返回解碼字節(jié)。

altchars 必須是長度至少為 2 的類字節(jié)對象或 ASCII 字符串，這些字符串指定了用來代替 + 和 / 的字符。

validate 默認(rèn)為 False ，既不是 base-64 字符也不是備用字母表中的字符會被丟棄。如果 validate 為 True ，非 base64 字符會導(dǎo)致 binascii.Error 。

具體用法

首先，導(dǎo)入 python 的 base64 模塊

import base64

創(chuàng)建一個字符串，并使用 encode 方法，將其轉(zhuǎn)化為字節(jié)對象：

s = 'include-yy'

s = s.encode()

(encode 方法的默認(rèn)編碼是 'uft-8')

接著使用 base64.b64encode() ，便可得到結(jié)果：

base.b64encode(s)

想要解碼，則調(diào)用 base64.b64decode()

s2 = base.b64encode(s)

base64.b64decode(s2.encode());

參考資料

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的对象base64转码_什么是 Base64 编码的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。