彻底理解base64

柔光的暖阳◎ 2022-12-29 00:14 128阅读 0赞

# 1. base64概念 #

Base64是用于传输8bite字节码的编码方式之一，是一种基于"A-Z、a-z、0-9、+、/"64个可打印字符来表示二进制数据的方法，可能加上垫字字符'='。

Base64应用在计算机各个领域，由于输出内容包括两个以上符号类字符（+ / =）为满足不同场景，base64也在不断地进行变种。比较统一和规范的是，Base62X是无符号化的改进版本。

Base64不适合在URL里传输，URL标准会把标准的base64中的 / 和 + 变为形如  %XX 的形式，这些 % 在存入数据库的时候，还需要再次转换，如果不转换，在数据库中， % 是通配符。 为解决此问题，在传输URL方面，base64进行了改进，在末尾填充 = ，将标准的 base64 中的 + 和 / 分别改成了 - 和 \_ ，避免了url编码在数据库存储时进行的转换，避免编码信息长度的增加，统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。

在正则表达式中，+ \* \[ \] 有特殊的含义，针对此，base64进行了变种，将 + 和 / 改成了 ! - 。

为了适用xml中的Name，base64将 +/ 改为 \_- 或者 **.**\_ 或者 .- 或者 \_：。

# 2.  编码原理 #

## 2.1  原理 ##

Base64编码，就是将每3个字节转换为4个字节，不够4个字节的，低位补 = （空，不是 00000000）当做一个字节进行填充。

Base64编码在线编码器：[https://tool.oschina.net/encrypt?type=3][https_tool.oschina.net_encrypt_type_3]

ASCII码编码表如下图：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NvbmdsZjUyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NvbmdsZjUyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

Base64编码表如下图：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NvbmdsZjUyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

**汉字转换为二进制**，在线转换器网址：[https://www.qqxiuzi.cn/bianma/erjinzhi.php][https_www.qqxiuzi.cn_bianma_erjinzhi.php]

**编码规则**：

1. 汉字的明文字符，需要将汉字转换为二进制（汉字二进制在线转换器网址：[https://www.qqxiuzi.cn/bianma/erjinzhi.php][https_www.qqxiuzi.cn_bianma_erjinzhi.php]）；非汉字的明文字符，每个字符占一个字节；从左向右，将每3个字节（1个字节8为二进制）作为一组，每个字节对照ASCII表，将其十进制转换为8位二进制，每组是24位二进制；不够3个字节的，转换为二进制后， 位数可以被6整除就行，不够整除的，低位补0；

2. 将1. 中每组二进制位，从左向后，每6位一项，每4项一组，重新分组，最右侧不够4项，低位补 = ，补齐4项；

3. 将2. 中每组中的每一项二进制高位补 00 ，转换为 十进制 ，= 保留不用转换；

4. 将十进制对照 base64编码表，查找对应的编码， = 保留 ，最后将编码结果从左至右组合起来。

**补充：汉字占几个字节问题**，在utf-8中，汉字通常占用3个字节，在utf-16中，通常汉字占2个字节，在gbk中,通常汉字占1个字节。

## 2.2  案例     ##

**例子1**： 明文   A   ，转换为 base64 编码。

1.  A的ASCII是 65 ，二进制是  01000001 ， 1个字节共8位二进制，不够3个字节，二进制位数不够被6整除，低位补4个0，转换如下：

01000001

2. 从左向右，每6位一项，每4项一组，有2项，不够4项，右侧补两项 ==，共一组，转换如下

010000，010000，=，=

3. 将2.中每组中  每一项二进制高位补两个0，转换为十进制，= 保留不变，转换如下：

00010000，01000000，=，=         -------------->           16 , 16 , =,=

4. 查看 base64编码表，找到匹配的编码，=保留不变

QQ==

所以 明文  A   的base64编码是 QQ==

**例子2**： 明文   ABCD   ，转换为 base64 编码。

1.  ABCD的ASCII分别是 65，66,67,68 ，二进制是  01000001、01000010、01000011、01000100 ， 1个字节共8位二进制，不够3个字节，二进制位数不够被6整除，低位补4个0，转换如下：

\{  01000001，01000010，01000011 \} ，\{ 010001000000 \}

2. 从左向右，每6位一项，每4项一组，有2项，不够4项，右侧补两项 ==，共一组，转换如下

\{ 010000，010100，001001，000011 \}，\{ 010001，000000 ，=，=\}

3. 将2.中每组中  每一项二进制高位补两个0，转换为十进制，= 保留不变，转换如下：

\{ 00010000，00010100，00001001，00000011 \}，\{ 00010001，00000000 ，=，=\}        -------------->          \{ 16 , 20 ,9,3\}，\{ 17,0，=,=\}

4. 查看 base64编码表，找到匹配的编码，=保留不变

\{ Q，U，J，D \}，\{ R，A，=，= \}     -------->        QUJDRA==

所以 明文  ABCD   的base64编码是 QUJDRA==

**例子3**： 明文汉字   ‘你好’   ，转换为 base64 编码。

1.  ’好‘ 的二进制编码是 111001011010010110111101(24位)  ， 1个字节共8位二进制，每3个字节一组，不够3个字节，二进制位数不够被6整除，低位补4个0，转换如下：

11100101，10100101，10111101

2. 从左向右，每6位一项，每4项一组，有2项，不够4项，右侧补两项 ==，共一组，转换如下

\{  111001,011010,010110,111101 \}

3. 将2.中每组中  每一项二进制高位补两个0，转换为十进制，= 保留不变，转换如下：

\{  00111001,00011010,00010110,00111101 \}        -------------->          \{ 57 , 26 ,22,61\}

4. 查看 base64编码表，找到匹配的编码，=保留不变

\{ 5,a，W,9\}     -------->        5aW9

所以 明文  '好'   的base64编码是 5aW9

# 3.  Base64编码优缺点 #

## 3.1  优点 ##

1. 如果是将图片转换为 base64，则比图片占用内存小

2. base64编码适合不同语言、不同平台的传输

3. base64编码比明文传输更安全些，直观看不出可读的编码内容

## 3.2  缺点 ##

1. base64是将3个字节转换为4个字节，文本内容较多，比起明文文本占用更多的内存

2. base64格式内容较多，网页应用上，加载速度会降低

3. base64无法缓存，只能缓存base64的文件，比如js或者css，比直接缓存图片差很多

[https_tool.oschina.net_encrypt_type_3]: https://tool.oschina.net/encrypt?type=3
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