Base64加密和解密JDK8

曾经终败给现在 2021-10-14 06:36 457阅读 0赞

在 Java8中 Base64编码已经成为Java类库的标准，且内置了Base64编码的编码器和解码器。

### 一、什么是Base64?  -- 来自百度百科 ###

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。

**1、什么是“可打印字符”呢？为什么要用它来传输 8Bit字节码呢？**

Base64一般用于在 HTTP协议下传输二进制数据，由于 HTTP协议是文本协议，所以在 HTTP协议下传输二进制数据需要将二进制数据转换为字符数据。然而直接转换是不行的。因为网络传输只能传输可打印字符。

什么是可打印字符？在ASCII码中规定，0~31、127这33个字符属于控制字符，32~126这95个字符属于可打印字符，也就是说网络传输只能传输这95个字符，不在这个范围内的字符无法传输。那么该怎么才能传输其他字符呢？其中一种方式就是使用Base64。

**2、Base64的编码原理**

Base64的原理比较简单，每当我们使用Base64时都会先定义一个类似这样的数组：

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

Base64采用了 "A-Z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符，这是标准的Base64协议规定。在日常使用中我们还会看到 “=”或“==” 号出现在Base64的编码结果中，“=”在此是作为填充字符出现，后面会讲到。

Base64就是使用这64个可打印字符来表示二进制数据的方法。Base64的索引与对应字符的关系如下表所示：

**3、具体转换步骤**

第一步，将待转换的字符串每三个字节分为一组，每个字节占 8bit，那么共有24个二进制位。

第二步，将上面的24个二进制位每6个一组，共分为4组。

第三步，在每组前面添加两个0，每组由6个变为8个二进制位，总共32个二进制位，即四个字节。

第四步，根据Base64的索引与对应字符的关系获得对应的字符值。

从上面的步骤我们发现：

Base64字符表中的字符原本用6个bit就可以表示，现在前面添加2个0，变为8个bit，会造成一定的浪费。因此，Base64编码之后的文本，**要比原文多大约三分之一**。

为什么使用3个字节一组呢？因为6和8的最小公倍数为24，三个字节正好24个二进制位，每6个bit位一组，恰好能够分为4组。

**4、示例说明**

**1）以下图的表格为示例，我们具体分析一下整个过程。**

![20190820153255147.png][]

第一步：字符串“Man”为3个字节，“M”、“a”、"n"对应的ASCII码值分别为77，97，110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110。如图第二三行所示，由此组成一个24位的二进制字符串。

第二步：如图红色框，将24位每6位二进制位一组分成四组。

第三步：在上面每一组前面补两个0，扩展成32个二进制位，此时变为四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。分别对应的值（Base64编码索引）为：19、22、5、46。

第四步：用上面的值在Base64编码表中进行查找，分别对应：T、W、F、u。因此“Man”Base64编码之后就变为：TWFu。

** 2）位数不足情况**

上面是按照三个字节来举例说明的，如果字节数不足三个，那么该如何处理？

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDAyODU0_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**两个字节**：两个字节共16个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时总共16个二进制位，每6个一组，则第三组缺少2位，用0补齐，得到三个Base64编码，第四组完全没有数据则用“=”补上。因此，上图中“BC”转换之后为“QKM=”；

**一个字节：**一个字节共8个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时共8个二进制位，每6个一组，则第二组缺少4位，用0补齐，得到两个Base64编码，而后面两组没有对应数据，都用“=”补上。因此，上图中“A”转换之后为“QQ==”；

**    3）注意事项**

大多数编码都是由字符串转化成二进制的过程，而Base64的编码则是从二进制转换为字符串。与常规恰恰相反，

Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制领域，不能算得上加密，只是无法直接看到明文。也可以通过打乱Base64编码来进行加密。

中文有多种编码（比如：utf-8、gb2312、gbk等），不同编码对应Base64编码结果都不一样。

**延伸：**

上面我们已经看到了Base64就是用6位（2的6次幂就是64）表示字符，因此成为Base64。同理，Base32就是用5位，Base16就是用4位。大家可以按照上面的步骤进行演化一下。

### 二、Java8中实现Base64 ###

在 Java8中 Base64编码已经成为Java类库的标准，且内置了Base64编码的编码器和解码器。

新的Base64API也支持URL和MINE的编码解码。我们直接调用即可。

java.util.Base64 类仅由用于获得Base64编码方案的编码器和解码器的静态方法组成。

* * <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Decoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getDecoder</a>()</code> 返回<a rel="nofollow"><code>Base64.Decoder</code></a>解码使用<a rel="nofollow">Basic</a>型base64编码方案。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Encoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getEncoder</a>()</code> 返回一个<a rel="nofollow"><code>Base64.Encoder</code></a>编码使用<a rel="nofollow">Basic</a>型base64编码方案。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Decoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getMimeDecoder</a>()</code> 返回一个<a rel="nofollow"><code>Base64.Decoder</code></a>解码使用<a rel="nofollow">MIME</a>型BASE64解码方案。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Encoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getMimeEncoder</a>()</code> 返回一个<a rel="nofollow"><code>Base64.Encoder</code></a>编码使用<a rel="nofollow">MIME</a>型base64编码方案。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Encoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getMimeEncoder</a>(int&nbsp;lineLength, byte[]&nbsp;lineSeparator)</code> 返回一个<a rel="nofollow"><code>Base64.Encoder</code></a> ，它使用具有指定行长度和行分隔符的<a rel="nofollow">MIME</a>类型base64编码方案进行编码。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Decoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getUrlDecoder</a>()</code> 返回<a rel="nofollow"><code>Base64.Decoder</code></a>解码使用<a rel="nofollow">URL and Filename safe</a>型base64编码方案。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>static <a rel="nofollow">Base64.Encoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getUrlEncoder</a>()</code> 返回一个<a rel="nofollow"><code>Base64.Encoder</code></a>编码使用<a rel="nofollow">URL and Filename safe</a>型base64编码方案。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

java.util.Base64.Encoder 类使用RFC 4648和RFC 2045中规定的Base64编码方案来实现用于编码字节数据的编码器。

* * <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><code>byte[]</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">encode</a>(byte[]&nbsp;src)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案将指定字节数组中的所有字节编码为新分配的字节数组。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>int</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">encode</a>(byte[]&nbsp;src, byte[]&nbsp;dst)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案对来自指定字节数组的所有字节进行编码，将生成的字节写入给定的输出字节数组，从偏移0开始。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">ByteBuffer</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">encode</a>(<a rel="nofollow">ByteBuffer</a>&nbsp;buffer)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案将所有剩余字节从指定的字节缓冲区编码到新分配的ByteBuffer中。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">String</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">encodeToString</a>(byte[]&nbsp;src)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案将指定的字节数组编码为字符串。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">Base64.Encoder</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">withoutPadding</a>()</code> 返回一个编码器实例，编码器等效于此编码器实例，但不会在编码字节数据的末尾添加任何填充字符。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">OutputStream</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">wrap</a>(<a rel="nofollow">OutputStream</a>&nbsp;os)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案包装用于编码字节数据的输出流。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

java.util.Base64.Decoder 该类使用RFC 4648和RFC 2045中规定的Base64编码方案来实现用于解码字节数据的解码器。

* * <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><code>byte[]</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">decode</a>(byte[]&nbsp;src)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案从输入字节数组中解码所有字节，将结果写入新分配的输出字节数组。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>int</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">decode</a>(byte[]&nbsp;src, byte[]&nbsp;dst)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案从输入字节数组中解码所有字节，将结果写入给定的输出字节数组，从偏移0开始。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">ByteBuffer</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">decode</a>(<a rel="nofollow">ByteBuffer</a>&nbsp;buffer)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案从输入字节缓冲区中解码所有字节，将结果写入新分配的ByteBuffer。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code>byte[]</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">decode</a>(<a rel="nofollow">String</a>&nbsp;src)</code> 使用<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码方案将Base64编码的字符串解码为新分配的字节数组。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">InputStream</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">wrap</a>(<a rel="nofollow">InputStream</a>&nbsp;is)</code> 返回一个输入流，用于解码<a rel="nofollow"><code>Base64</code></a>编码字节流。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

**加密字符串测试 demo**

import java.io.UnsupportedEncodingException;
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
    import java.util.Base64;
    
    public class Demo {
    
        public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
            String str = "hello Base64 啊啊\n" +
                    "ADCDEFG";
            //编码加密
            String encodeStr = Base64.getEncoder().encodeToString(str.getBytes("UTF-8"));
            System.out.println("加密后的字符串为:" + encodeStr);
    
            //解码解密
            String decoderStr = new String(Base64.getDecoder().decode(encodeStr), StandardCharsets.UTF_8); //
            // 推荐使用StandardCharsets类指定
            System.out.println("解密后的字符串为" + decoderStr);
    
        }
    }

![20190820160945646.png][]

JDK8 的 Base64类是基于 rfc2045和 rfc4648实现的，根据上文列出的协议内容可以确定，该类的编码结果不会包含换行符，而且在类的注释中明确说明了不会添加换行符。解码会正常还原。

**结论：针对比较长的原文进行base64编码：**

jdk7的编码结果包含换行；

jdk8的编码结果不包含换行；

jdk8无法解码包含换行的编码结果;

jdk8的编码结果使用jdk7进行解码，没有任何问题，不再演示

### 三、其他Base64库 ###

**1、Apache Common**

Apache Common中的 org.apache.commons.codec.binary.Base64类是基于 rfc2045实现的，根据类注释可以了解到此实现解码时忽略了所有不在the base64 alphabet范围内的字符，所以该实现可以处理包含换行符的base64编码结果。

同时该类的编码方法提供了参数，用于指定编码结果长度在超过76个字符的时候是否添加换行，默认不换行。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDAyODU0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**2、Spring Core**

Spring Core提供了 org.springframework.util.Base64Utils类，该类只是一个工具类，并没有实现任何协议。

优先使用java8中的java.util.Base64类进行编码和解码；
    如果java.util.Base64不存在，则会使用org.apache.commons.codec.binary.Base64；
    如果都不存在，则会报错

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDAyODU0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

**    3、协议简述（rfc1521、rfc2045、和rfc4648）看参考文章**

参考文章：这两篇文章对理解 Base64 很有帮助，感谢前辈

[一篇文章彻底弄懂Base64编码原理][Base64]

[升级JDK8的坑----base64][JDK8_----base64]

站在前辈的肩膀上，每天进步一点点  
ends~

[20190820153255147.png]: /images/20211013/6ffba6409c364a33bfd9dc977163d63e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDAyODU0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211013/502432d04d9f4c9db0f5e3add54cc591.png
[20190820160945646.png]: /images/20211013/515dee813ce24c68905ac1da448ab287.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDAyODU0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211013/e547fdd02a7648ca8ae5ab00ae9428bd.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDAyODU0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211013/53a162c4b4584f5db6b4333ab20bc7f9.png
[Base64]: https://blog.csdn.net/wo541075754/article/details/81734770
[JDK8_----base64]: https://blog.csdn.net/java_4_ever/article/details/80978089