【计算机知识】Base64 编码说明

一、理论

Base64 是一种基于 64 个可打印字符来表示二进制数据的表示方法,由于 2^6=64,所以每 6 个比特为一个单元,对应某个可打印字符。

Base64 常用于在通常处理文本数据的场合,表示、传输、存储一些二进制数据,包括 MIME 的电子邮件及 XML 的一些复杂数据。

Base64 编码要求把 3 个 8 位字节(38=24)转化为 4 个 6 位的字节(46=24),之后在 6 位的前面补两个 0,形成 8 位一个字节的形式。 如果剩下的字符不足 3 个字节,则用 0 填充,输出字符使用 =,因此编码后输出的文本末尾可能会出现 1 或 2 个 =。

为了保证所输出的编码位可读字符,Base64 制定了一个编码表,以便进行统一转换。编码表的大小为 2^6=64,这也是 Base64 名称的由来。

在 Base64 中的可打印字符包括字母 A-Z、a-z、数字 0-9,这样共有 62 个字符,此外两个可打印符号在不同的系统中而不同。

以下是 Base64 编码的基本步骤:

  • 将数据划分为 3 个字节一组(24位)。
  • 将每个字节转换为 8 位二进制形式。
  • 将 24 位数据按照 6 位一组进行划分,得到 4 个 6 位的组。
  • 将每个 6 位的组转换为对应的 Base64 字符。
  • 如果数据不足 3 字节,进行填充。
  • 将所有转换后的 Base64 字符连接起来,形成最终的编码结果。

解码 Base64 编码的过程与编码相反,将每个 Base64 字符转换为对应的6位二进制值,然后将这些 6 位值组合成原始的二进制数据。

Base64 编码具有以下特点:

  • 编码后的数据长度总是比原始数据长约 1/3。
  • 编码后的数据可以包含 A-Z、a-z、0-9 和两个额外字符的任意组合。
  • Base64 编码是一种可逆的编码方式,可以通过解码还原原始数据。

二、编码表

【计算机知识】Base64 编码说明_第1张图片
【计算机知识】Base64 编码说明_第2张图片
举例来说,一段引用自托马斯·霍布斯《利维坦》的文本:

Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence of any carnal pleasure.

使用 Base64 编码之后变成:

TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJ5IGhpcyByZWFzb24sIGJ1dCBieSB0aGlzIHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbmltYWxzLCB3aGljaCBpcyBhIGx1c3Qgb2YgdGhlIG1pbmQsIHRoYXQgYnkgYSBwZXJzZXZlcmFuY2Ugb2YgZGVsaWdodCBpbiB0aGUgY29udGludWVkIGFuZCBpbmRlZmF0aWdhYmxlIGdlbmVyYXRpb24gb2Yga25vd2xlZGdlLCBleGNlZWRzIHRoZSBzaG9ydCB2ZWhlbWVuY2Ugb2YgYW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4=

编码 “Man” 的结果为 TWFu,转换过程如下:

【计算机知识】Base64 编码说明_第3张图片

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