【轉載--基礎】Base64編碼原理分析

Base64是網絡上最多見的用於傳輸8Bit字節代碼的編碼方式之一，在瞭解Base64編碼以前，先了解幾個基本概念：位、字節。

位："位(bit)"是計算機中最小的數據單位。每一位的狀態只能是0或1；

字節：8個二進制位構成1個"字節(Byte)"，字節是存儲空間的基本計量單位。1個字節能夠儲存1個英文字母，2個字節能夠存儲1個漢字；

Base64編碼的做用

由於有些網絡傳送渠道並不支持全部的字節，例如傳統的郵件只支持可見字符的傳送，像ASCII碼的控制字符就不能經過郵件傳送。這樣就受到了很大的限制，好比圖片二進制流的每一個字節不可能所有是可見字符，因此就傳送不了。最好的方法就是在不改變傳統協議的狀況下，開闢一種新的方案來支持二進制文件的傳送。把不可見字符用可見字符來表示。而Base64就是一種基於64個可見字符來表示二進制數據的表示方法。

 

擴展：不可見字符其實並非不顯示，只是這些字符在屏幕上顯示不出來，好比：換行符、回車、退格......字符。

Base64編碼的原理

Base64能夠將ASCII字符串或者是二進制編碼成只包含A—Z，a—z，0—9，+，/ 這64個字符（ 26個大寫字母，26個小寫字母，10個數字，1個+，一個 / 恰好64個字符）。這64個字符用6個bit位就能夠所有表示出來，一個字節有8個bit 位，那麼還剩下兩個bit位，這兩個bit位用0來補充。其實，一個Base64字符仍然是8個bit位，可是有效部分只有右邊的6個 bit，左邊兩個永遠是0。

Base64的編碼規則是將3個8位字節(3×8=24位)編碼成4個6位的字節(4×6=24位)，以後在每一個6位字節前面，補充兩個0，造成4個8位字節的形式，那麼取值範圍就變成了0~63。又由於2的6次方等於64，因此每6個位組成一個單元。

 

擴展：一、爲何取值範圍是0~63？

能夠回顧一下二進制轉換10進制的方法：

最小的二進制：00000000轉換爲10進制的結果是0；

最大的二進制：00111111轉換爲10進制的結果是：

0×27+0×26+1×25+1×24+1×23+1×22+1×21+1×20 = 63

 

Base64將3個字節轉變爲4個字節，所以，編碼後的代碼量（以字節爲單位）約比編碼前的代碼量多了1/3。若是代碼量正好是3的整數倍，那麼剛好多了1/3。但若是不是，那麼，當多出的代碼量不是3的整數倍時，代碼量除以3的餘數就是2或者1。轉換的時候，結果不夠6位的用0來補上相應的位置，以後再在6位的前面補兩個0。轉換完空出的結果就用就用「=」來補位，總之要保證最後編碼出來得字節數是4的倍數。 

 

二、爲何要保證最後編碼出來的字節數是4的倍數？

由於Base64編碼時，是將3個字節轉變爲4個字節，最終獲得的字節數必然是4的倍數

 

Base64編碼的一個主要目的，是把任何字符都用「可視」字符表現出來。先把字符串拆開，成爲六位二進制（前兩位補零）的形式，這樣每一個字符的範圍都在0-63之間了。再用BASE64的編碼表，把取值範圍在0-63的字符變成「可視」字符。若是不加零或只加一個零，那麼取值範圍就會是0-255或0-127，BASE64的編碼表就要從新規定了。

 

擴展：爲何取值範圍限制在0~63而不是0~255或者0~127？

估計可見字符有限，沒有那麼多的可見字符或者是Base64編碼的規則、約定

 

下圖是Base64編碼對照表，數值表明字符的索引，這個是標準Base64協議規定的，不能更改。

 

舉例：

例1：

字符：SLF

對應ASCII碼：S:83  L:76  F:70

轉換成對應的二進制：

83：010100十一、76：01001100、70：01000110

爲了解釋更加清晰，如下圖示例：

 

經過Base64在線編碼驗證，得出結果是正確的。

 

例2：

字符：M

對應ASCII碼：M：77

轉換成對應的二進制：

77：01001101

轉換結果：

 

經過Base64在線編碼驗證，得出結果是正確的。 

 

總結：Base64編碼並非真正的加密方式，它只是從二進制到字符的轉換過程，說Base64編碼是加密方法，只是由於通過Base64編碼以後，讓人一眼看上去不知道什麼內容而已。