Base64编码的前世今生

绝地灬酷狼 2022-12-14 06:42 199阅读 0赞

Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。由于2的6次方等于64，所以每6个比特为一个单元，对应某个可打印字符。三个字节有24个比特，对应于4个Base64单元，即3个字节可表示4个可打印字符。它可用来作为电子邮件的传输编码。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9，这样共有62个字符，此外两个可打印符号在不同的系统中而不同。一些如uuencode的其他编码方法，和之后binhex的版本使用不同的64字符集来代表6个二进制数字，但是它们不叫Base64。

# 起因 #

计算机以二进制形式（0和1）进行通信，但是人们通常希望与更丰富的表单数据（例如文本或图像）进行通信。 为了在计算机之间传输此数据，首先必须将其编码为0和1，然后发送，然后再次解码。 以文本为例-有许多不同的方法可以执行此编码。 如果我们都可以同意一个编码，那就简单得多了，但不幸的是事实并非如此。  
最初创建了许多不同的编码（例如Baudot码），每个字符使用不同数量的位，直到最终ASCII成为每个字符7位的标准。 但是，大多数计算机将二进制数据存储在每个字节由8位组成的字节中，因此ASCII不适合传输此类数据。 有些系统甚至会擦除最高位。 此外，跨系统的行尾编码的差异意味着有时还会修改ASCII字符10和13。  
为了解决这些问题，引入了Base64编码。 这样，您就可以将框架字节编码为已知可以安全发送而不损坏的字节（ASCII字母数字字符和几个符号）。 缺点是使用Base64编码消息会增加其长度-每3个字节的数据会编码为4个ASCII字符。  
为了可靠地发送文本，您可以首先使用所选的文本编码（例如UTF-8）将其编码为字节，然后再对Base64进行编码，将生成的二进制数据编码为可安全发送为ASCII的文本字符串。 接收者将不得不逆转此过程以恢复原始消息。 当然，这要求接收者知道使用了哪种编码，并且该信息通常需要单独发送。  
从历史上看，它已用于对电子邮件中的二进制数据进行编码，其中电子邮件服务器可能会修改行尾。 一个更现代的示例是使用Base64编码将图像数据直接嵌入HTML源代码中。 在这里，有必要对数据进行编码，以避免像“ <”和“>”这样的字符被解释为标签。

# 原理 #

base64 加密原理，是将待转换字符串转换为二进制并以三个字为一组（数据不足用 0 补足），每 6 位为一个索引组转换为十进制索引，通过索引在 base64 索引表中找到对应的字符作为编码后的字符（若原数据长度不是 3 的倍数时则对 3 取余余数为 1，则在编码结果后加2个=；若余数为 2，则在编码结果后加 1 个 =。）。

![转换流程][dcb9446ae65df1fc35696f0dc549b079.png]  
![base64索引表][base64]

# base64 转换实例 #

以 helloworld 为例转换过程如下：  
![base64转换实例][base64 1]  
经过上述步骤转后字符串为：aGVsbG93d29ybGQ=，到此一个完整的转码例子便完成了。

# 应用 #

base64 在需要网络通讯的场景下，有着非常广泛的应用场景，比如邮件的附件和图象传输，html `img` 标签的 src 属性也可以是 base64 编码的图片，还有我们常用的各类证书(支付证书，ssl 证书)的公钥和私钥…

# Summary #

base64 是一个很优秀的编码方式，他很好的解决了复杂文件在传输中的问题，也因此被广泛的应用在各种场景之中。关于 base64 的使用，你还需要知道如下几点：

1.  base64 转码后的长度会有所变化，会比源数据的长度多出大约 1/3
2.  base64 不具有加密特性，因此他不适用于加密的场景
3.  由于 base64 字符中会有 +,/ 等字符，因此如果需要 url 传参的时候注意需要使用 URL 编码一下，否则有可能会导致接受到的数据无法正常解密的情况

# References #

[维基百科][Link 1]  
[Why do we use Base64?][Why do we use Base64]  
[What is base 64 encoding used for?][What is base 64 encoding used for]

[dcb9446ae65df1fc35696f0dc549b079.png]: /images/20221123/e9c8ff30d954492e915b69f3bf9b0e71.png
[base64]: /images/20221123/c927c4c221b4402798d02d81b800a0dd.png
[base64 1]: /images/20221123/be22c795825d4decb49a54e522ba8a5b.png
[Link 1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Base64
[Why do we use Base64]: https://stackoverflow.com/questions/3538021/why-do-we-use-base64
[What is base 64 encoding used for]: https://stackoverflow.com/questions/201479/what-is-base-64-encoding-used-for