base16、base32和base64转码原理

base16、base32和base64，转码原理

基本概念

ASCII 是用128（2的8次方）个字符，对二进制数据进行编码的方式
base64编码是用64（2的6次方）个字符，对二进制数据进行编码的方式
base32就是用32（2的5次方）个字符，对二进制数据进行编码的方式
base16就是用16（2的4次方）个字符，对二进制数据进行编码的方式

基于base16编解码源码介绍

就是把二进制数据转成16进制，显示16进制的值就可以了
16进制一个字符是4位，正常一个字节是8位，切一半就转成16进制了。
所以，base16转码后空间扩大一倍，4位转成一个字符， 1个字节转成两个字符

#include 
using namespace std;
static const char BASE16_ENC_TAB[] = "0123456789ABCDEF";
//  '0' ~'9' =>  48~57  'A'~'F' = > 65~70
static const char BASE16_DEC_TAB[128] = {
    -1,                                 //0
    -1,-1,-1,-1,-1, -1,-1,-1,-1,-1,      //1-10
    -1,-1,-1,-1,-1, -1,-1,-1,-1,-1,      //11-20
    -1,-1,-1,-1,-1, -1,-1,-1,-1,-1,      //21-30
    -1,-1,-1,-1,-1, -1,-1,-1,-1,-1,      //31-40
    -1,-1,-1,-1,-1, -1,-1, 0, 1, 2,      //41-50
    3, 4, 5, 6 ,7,  8, 9, -1,-1,-1,      //51-60
    -1,-1,-1,-1,10, 11,12,13,14,15      //61-70 'A'~'F'
};

int Base16Encode(const unsigned char* in, int size, char* out)
{
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        //一个字节取出高4位和低4位  1000 0001  0000 1000
        char h = in[i] >> 4;   //移位丢弃低位，右移4位  （0~15）
        char l = in[i] & 0x0F; // 0000 1111 去掉高位 （0~15）
        out[i * 2] = BASE16_ENC_TAB[h]; //（0~15） 映射到对应字符
        out[i * 2 + 1] = BASE16_ENC_TAB[l];
    }
    //base16 转码后空间扩大一倍 4位转成一个字符 1个字节转成两个字符
    return size * 2;
}

int Base16Decode(const string &in, unsigned char* out)
{
    //讲两个字符拼成一个字节  B2E2CAD442617365313600
    for (int i = 0; i < in.size(); i += 2)
    {
        unsigned char ch = (int)in[i];           //高位转换的字符 'B'=>66 :10
        unsigned char cl = (int)in[i + 1];       //低位转换的字符 '2'=>50 :2
        unsigned char h = BASE16_DEC_TAB[ch];   //转换成原来的值
        unsigned char l = BASE16_DEC_TAB[cl];

        // 两个4位拼成一个字节（8位）
        ///  1000  >>4    1000 0000
        //   0001         0000 0001
        //               |1000 0001
        out[i / 2] = (int)(h << 4 | l);
    }
    return in.size() / 2;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    cout << "Test Base16" << endl;
    const unsigned char data[] = "测试Base16";
    int len = sizeof(data);
    char out1[1024] = { 0 };
    unsigned char out2[1024] = { 0 };
    cout << data << endl;
    int re = Base16Encode(data, len, out1);
    cout << re << ":" << out1 << endl;
    re = Base16Decode(out1, out2);
    cout << re << ":" << (char*)out2 << endl;

    return 0;
}

输出结果

解码的时候’b’字符转换成ASCII码值位66，所以66位改为10的值。

Base-64编码

Encoding VS. Encryption

很多人都以为编码（Encoding）和加密（Encryption）是同一个意思。编码和加密都是对格式的一种转换，但是它们是有区别的。编码是 公开的，比如下面要介绍的Base 64编码，任何人都可以解码；而加密则相反，你只希望自己或者特定的人才可以对内容进行解密。

作用及原理

Base 64 Encoding有什么用？举个简单的例子，你使用SMTP协议 （Simple Mail Transfer Protocol 简单邮件传输协议）来发送邮件。因为这个协议是基于文本的协议，所以如果邮件中包含一幅图片，我们知道图片的存储格式是二进制数据（binary data），而非文本格式，我们必须将二进制的数据编码成文本格式，这时候Base 64 Encoding就派上用场了。

Base64编码的作用：由于某些系统中只能使用ASCII字符。Base64就是用来将非ASCII字符的数据转换成ASCII字符的一种方法。它使用下面表中所使用的字符与编码。


而且base64特别适合在http，mime协议下快速传输数据。


base64其实不是安全领域下的加密解密算法。虽然有时候经常看到所谓的base64加密解密。其实base64只能算是一个编码算法，对数据内容进行编码来适合传输。虽然base64编码过后原文也变成不能看到的字符格式，但是这种方式很初级，很简单。

X.509公钥证书也好，电子邮件数据也好，经常要用到Base64编码，那么为什么要作一下这样的编码呢？
我们知道在计算机中任何数据都是按ascii码存储的，而ascii码的128～255之间的值是不可见字符。而在网络上交换数据时，比如说从A地传到B地，往往要经过多个路由设备，由于不同的设备对字符的处理方式有一些不同，这样那些不可见字符就有可能被处理错误，这是不利于传输的。所以就先把数据先做一个Base64编码，统统变成可见字符，这样出错的可能性就大降低了。

如一个xml当中包含另一个xml数据，此时如果将xml数据直接写入显然不合适，将xml进行适当编码存入较为方便，事实上xml当中的字符一般都是可见字符（0-127之间），但是由于中文的存在，可能存在不可见字符，直接将字符打印在外层xml的数据中显然不合理，那么怎么办呢？
可以使用base64进行编码，然后存入xml，解码反之
其实还有个办法，将byte的值写在xml当中，空格或者，分开，这样也可以将byte数据传入，不过这样更浪费空间，并且不易保存.


另一个，比如http协议当中的key value字段，必须进行URLEncode 不然出现的等号可能使解析失败 空格也会使http请求解析出现问题，比如 请求行就是以空格来划分的 POST /guowuxin/hehe HTTP/1.1


又比如有些文本协议不支持不可见字符的传递，只能用大于32的可见字符来传递信息（协议规定）

索引表

base64索引表：

base32索引表：

base16索引表：

转码原理

转码

这里只介绍Base-64转码，其他的原理一样
2的6次方即为64
Base-64编码将一个8位子节序列拆散为6位的片段，并为每6位分配一个字符（见索引表）。这64个字符都是很常见的，可以安全地放在HTTP首部字段中。这64个字符中包括大小写字母、数字、＋和／，特殊字符＝（即结尾处使用的=号）


示例：

在结尾还差的补等于号。


上面的三个字符“Man”是原文，下面的四个字符“TWFu”是Base64编码后的字符


经过base64编码后，字符串理论上比之前长1/3，也就是原来的4/3。（除下面两种情况外）。

base64填充

base64编码收到一个8bit字节数据，将这个二进制序列每6bit划分一个块。二进制序列有时不能正好平均地分为6位的块，在这种情况下，就在序列末尾填充零位，使二进制序列的长度成为24的倍数(6和8的最小公倍数)。

• 6bit里面的数据，全部是填充的，它显示的符号是第65个符号”=”。
• 6bit里面的数据，部分是填充的，按照索引表正常显示
  

示例：

输入字符串为”a:a”为3个字节(24位)。24是24的倍数，因此按照上面给出的例子计算。无需填充就会得到base64编码为”YTph”。


输入字符串变为”a:aa”为4个字节(32位)。要凑为24的倍数，最小的值是48。因此要添加16个填充码。


a:a – 011000 010011 101001 100001 – YTph
a:aa – 011000 010011 101001 100001 011000 01xxxx xxxxxx xxxxxx – YTphYQ==
a:aaa – 011000 010011 101001 100001 011000 010110 0001xx xxxxxx – YTphYWE=
a:aaaa – 011000 010011 101001 100001 011000 010110 000101 1000001 – YTphYWFh