base64編碼原理

1、背景

公司業務中調用接口須要經過網關轉換，網關內的一些規則致使*在傳遞的過程當中存在問題，因此決定使用base64進行編碼處理。

在使用過程當中發現網關對'='也有處理,致使個人傳參到接口方會丟失掉最後的等號，可是通過解碼後的居然是正確的！

因而發現這麼長的時間，常用base64，可是對這個編碼的原理並不理解，因此就有了這篇學習記錄。

2、基礎知識瞭解

1.常見的編碼：

• ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美國信息交換標準代碼）
• UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）可用1~4個字節表示一個字符（unicode的實現方式）
• GBK 漢字內碼擴展規範

2.計算機本質都是二進制，最小的數據單位是比特bit，一個字節有8個bit。

3.base64做用：計算機中任何數據都是按ascii碼存儲的，而ascii碼的128～255之間的值是不可見字符。而在網絡上交換數據時，好比說從A地傳到B地，每每要通過多個路由設備，因爲不一樣的設備對字符的處理方式有一些不一樣，這樣那些不可見字符就有可能被處理錯誤，這是不利於傳輸的。因此就先把數據先作一個Base64編碼，通通變成可見字符，下降錯誤率。

3、編碼原理

是基於A-Z、a-z、0-9以及'+' 和'/'共64個字符的編碼方式，由於2的6次方等於64，因此說只須要6個比特便可表示一個base64的字符。

編碼表：'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/'
複製代碼

核心原理是將二進制數據進行分組，以6位一組進行分組，並在每組前面都填兩個高位 0，而後將 8 bit 的字節轉換成十進制，對照 BASE64 編碼表 （上表），獲得對應編碼後的字符。

4、等號是哪裏來的？

一個字節是8bit，一個base64的字符6bit，24是最小公倍數，因此3個字節能夠完整轉化爲4個base64字符；

可是咱們沒法控制須要編碼的數據正好是3的倍數，因此要進行補零---在不足3的倍數的字符串末尾用0x00進行填充；

由於base64編碼中的下標0對應的字符是'A'，而末尾填充上的0x00在分組補零後一樣是下標0x00，這樣就沒法分辨出究竟是末尾填充的0x00仍是二進制數據中的0x00。

因此引進了等號，這就是'='字符不在Base64字符集中，可是也出如今Base64編碼的緣由了。

5、編碼過程

以對6666P進行base64編碼的步驟說明
每一個字符轉化爲8bit：
6----->00110110
6----->00110110
6----->00110110
6----->00110110
P----->01010000
補位----->00000000
總體拼接結果：
001101100011011000110110001101100101000000000000
以6bit一組進行分割：
001101  100011  011000  110110  001101  100101  000000  000000
轉化爲base64編碼腳標：
13  35  24  54  13  37  0  0
獲取對應的base64編碼：
N  j  Y  2  N  l  A  A
獲得結果：string(8) "NjY2NlA="
複製代碼

6、關於解碼

由編碼過程可知，編碼的結果的長度必定是4的倍數，因此當解碼的長度不等於4的倍數時，須要用等號進行補位。

這也就是去掉末尾的等號後進行解碼得出的原文不會出錯的緣由了！

瞭解過編碼過程後逆向回去即爲解碼過程，在此就再也不詳細敘述了。

7、base64的變種

可是標準的base64並不能知足全部場景的須要，好比URL編碼器會把中的「/」和「+」字符變爲形如「%XX」的形式，因此也就出現了實現思路一致的編碼變種：

（1）適應url的變種改進：不在末尾填充’=’號，並將「+」和「/」分別改爲了「-」和「_」

（2）適應正則表達式的變種：將「+」和「/」改爲了「!」和「-」

8、實踐代碼

<?php

$a = "6666P";

$decbinStr= '';
//計算補位
$end = (3 - strlen($a)%3)%3;
for($i=0;$i<strlen($a);$i++){
    //每一個字符轉化爲8bit
    $decbin = str_pad(decbin(ord($a[$i])),8,"0",STR_PAD_LEFT);
    $decbinStr .= $decbin ;
}
//增長補位
$decbinStr = $decbinStr. str_pad("",$end*8,"0");
//以6bit一組進行分割
$arr = str_split($decbinStr,6);
//轉化成對應的base64編碼
$result = implode("", array_map("getBase64Str",$arr));
//末尾補位的數據處理
for($j=0;$j<$end;$j++){
    if($result[strlen($result)-1-$j] == 'A'){
      $result[strlen($result)-1-$j] = "=";
    }
}
//驗證下跟自帶的base64_encode結果是否一致
var_dump($result);
var_dump(base64_encode($a));

exit();

function getBase64Str($sixStr){
    $number = bindec($sixStr);
    $baseHash = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
    return $baseHash[$number];
}
複製代碼

固然也可使用位運算等方式進行實現，以上代碼僅表明我的的思路。