Base64的編碼實現原理攻略

Base64的編碼原理

更多可查看 點擊這裏了

本文將實現：

• 簡述 ASCII碼字符編碼的Base64 編碼實現原理
• 簡述 非ASCII碼字符編碼的Base64 編碼實現原理

---

加密分析系列文章：

• Base64 編碼實現原理（就是本文了）
• Url Base64 編碼算法實現原理（正在發文中）
• MD5 算法系列實現原理 （正在發文中）
• SHA 算法系列實現原理（正在發文中）
• MAC 算法系列實現原理（正在發文中）
• 對稱加密 DES （正在發文中）
• 對稱加密 AES（正在發文中）
• 基於口令加密 PBE（正在發文中）
• 非對稱加密 DH（正在發文中）
• 非對稱加密 RSA（正在發文中）

---

1 簡述

• Base64算法有編碼和解碼操做，可充當加密和解密的操做，還有一張字符映射表充當了密鑰。
• Base64算法公開，這與 柯克霍夫原則並沒有違背，但充當密鑰的字符映射表公開，直接違反了 柯克霍夫原則

密碼學上的柯克霍夫原則（Kerckhoffs's principle，也稱爲柯克霍夫假說、公理、或定律）系由奧古斯特·柯克霍夫在19世紀提出：即便密碼系統的任何細節已爲人悉知，只要密匙（key，又稱密鑰或祕鑰）未泄漏，它也應是安全的。

• Base64算法不能稱爲加密算法，但其變換法則聽從了單表置換算法。

2 Base64的索引表

Base64的索引表，咱們能夠理解爲加密密文的構成，密文中的字符選用了"A-Z、a-z、0-九、+、/" 64個可打印字符，這是標準的Base64協議規定。在平常使用中咱們還會看到「=」或「==」號出如今Base64的編碼結果中，「=」在此是做爲填充字符出現

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

3 編碼表

簡單點來講，一串明文通過一系列轉換後，生成對應十進制數值，而後參照編碼表，經過單表置換來經過編碼字符來表示密文。

4 Base64 編碼實現過程

一般以字符串使用 Base64 編碼（加密），字符串是以字符構成，在編碼過程當中，以字符爲基本單元，以下圖中所示：

編碼過程實現

• 第一步： 「M」、「a」、"n" 對應的ASCII碼值分別爲77，97，110，獲取對應的二進制值 0100110一、0110000一、01101110。如圖第二三行所示，由此組成一個24位的二進制字符串。
• 第二步：對得到的二進制碼作分組轉換操做，每3個8位二進制碼爲一組，轉換爲每4個6位二進制碼爲一組（不足6位時低位補0）如圖紅色框，將24位每6位二進制位一組分紅四組，這是一個分組變化的過程，3個8位二進制碼和4個6位二進制碼的長度都是24位，
• 第三步： 對得到的4個6位的二進制碼補位，向6位二進制碼添加2位高位0，組成4個8位二進制碼 ，添加2位高位0，組成4個8位二進制碼，擴展成32個二進制位，此時變爲四個字節：000100十一、000101十、0000010一、00101110。
• 第四步 將得到的4個8位二進制碼轉換爲十進制碼，在上面的數據中，000100十一、000101十、0000010一、00101110 分別對應的十進制的值爲：1九、2二、五、46。 第五步：用上面得到到的十進制的值（Base64編碼索引）在Base64編碼表中進行查找，分別對應：T、W、F、u。所以「Man」Base64編碼以後就變爲：TWFu。

位數不足狀況

5 非 ASCII碼字符編碼

ASCII 碼能夠表示十進制範圍爲 0-127的字符，對應二進制範圍是 0000 0000 -0111 1111

ASCII 碼包括阿拉伯數字、大小寫英文字母和一些控制符，但卻沒有包含雙字節編碼的字符，如中文字符，所以有了 GB2312 、GBK、 UTF-8 等編碼，GB2312 、GBK用2個字節表示一個漢字，UTF-8用三個字節表示一個漢字。

非 ASCII碼字符編碼 加密實現過程

咱們以字符串 「密」 爲例

• 第一步 獲取 字符串 「密」 對應的 utf-8 的編碼爲 -27，-81，-122
• 第二步 分別獲取上述 utf-8 編碼（-27，-81，-122）對應的二進制碼：11100101 10101111 10000110
• 第三步 將上述二進制碼分紅4組6位 111001 011010 111110 000110
• 第四步 向6位二進制碼添加2位高位0，組成4個8位二進制碼，添加2位高位0，00111001 00011010 00111110 00000110
• 第五步 獲取上述二進制碼對應的十進制碼 57 26 62 6
• 第六步 在Base64編碼表中進行查找，分別對應 5 a + G

字符串 「密」 通過 Base64 編碼後獲得字符串 "5a+G"

6 分析

在這裏 Base64（2的6次冪就是64）將字符轉成的8位二進制碼以6位爲單位進行分組轉換 表示字符，所以成爲Base64。同理，Base32就是用5位分組，Base16就是用4位分組。

因此 Base32 、Base16編碼過程也就一目瞭然了。