中文化和国际化问题权威解析之六：MIME编码/字符传输编码

MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions） 是"多用途Internet邮件扩充协议"的缩写，在 MIME 协议之前，邮件的编码曾经有过 UUENCODE 等编码方式 ，但是由于 MIME 协议算法简单，并且易于扩展，现在已经成为邮件编码方式的主流，不仅是用来传输 8 bit 的字符，也可以用来传送二进制的文件 ，如邮件附件中的图像、音频等信息，而且扩展了很多基于MIME 的应用。

当一段Text或者HTML通过电子邮件传送时，发送的内容首先通过一种指定的字符编码转化成"字节串"，然后再把"字节串"通过一种指定的传输编码（Content-Transfer-Encoding）进行转化得到另一串"字节串"。比如，打开一封电子邮件源代码，可以看到类似的内容：
Content-Type: text/plain; charset="gb2312"
Content-Transfer-Encoding: base64
sbG+qcrQuqO17cf4yee74bGjz9W7+b3wudzA7dbQ0MQNCg0KvPKzxqO6uqO17cnnsaPW0NDEDQoNCg==

最常用的 Content-Transfer-Encoding 有 Base64 和 Quoted-Printable 两种，另外还有一种叫BinHex，基本上是Mac专用。在对二进制文件或者中文文本进行转化时，Base64 得到的"字节串"比 Quoted-Printable 更短。在对英文文本进行转化时，Quoted-Printable 得到的"字节串"比 Base64 更短。因为Base64是对所有的字符（包括ASCII码）进行重新编码，而QP只针对非ASCII码进行编码。

对于邮件的标题，MIME用了一种更简短的格式来标注"字符编码"和"传输编码"。比如，标题内容为 "中"，则在邮件源代码中表示为：Subject: =?GB2312?B?1tA=?=
其中：
第一个"=?"与"?"中间的部分指定了字符编码，在这个例子中指定的是 GB2312。
"?"与"?"中间的"B"代表 Base64。如果是"Q"则代表 Quoted-Printable。
最后"?"与"?="之间的部分，就是经过 GB2312 转化成字节串，再经过 Base64 转化后的标题内容。

如果"传输编码"改为 Quoted-Printable，同样，如果标题内容为 "中"，则邮件源码为：
Subject: =?GB2312?Q?=D6=D0?=

下面就主要介绍下两种传输编码Base64、QP；

Base64

按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。

为什么要使用Base64？
在设计这个编码的时候，我想设计人员最主要考虑了3个问题：
1.是否加密？
2.加密算法复杂程度和效率
3.如何处理传输？

加密是肯定的，但是加密的目的不是让用户发送非常安全的Email。这种加密方式主要就是"防君子不防小人"。即达到一眼望去完全看不出内容即可。
基于这个目的加密算法的复杂程度和效率也就不能太大和太低。和上一个理由类似，MIME协议等用于发送Email的协议解决的是如何收发Email，而并不是如何安全的收发Email。因此算法的复杂程度要小，效率要高，否则因为发送Email而大量占用资源，路就有点走歪了。
但是，如果是基于以上两点，那么我们使用最简单的恺撒法即可，为什么Base64看起来要比恺撒法复杂呢？这是因为在Email的传送过程中，由于历史原因，Email只被允许传送ASCII字符，即一个8位字节的低7位。因此，如果您发送了一封带有非ASCII字符（即字节的最高位是1）的Email通过有"历史问题"的网关时就可能会出现问题。网关可能会把最高位置为0！很明显，问题就这样产生了！因此，为了能够正常的传送Email，这个问题就必须考虑！所以，单单靠改变字母的位置的恺撒之类的方案也就不行了。关于这一点可以参考RFC2046。
基于以上的一些主要原因产生了Base64编码。

Base64编码要求把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式。也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。实例如下：
转换前 aaaaaabb ccccdddd eeffffff
转换后 00aaaaaa 00bbcccc 00ddddee 00ffffff
上面的三个字节是原文，下面的四个字节是转换后的Base64的二进制编码，其前两位均为0。 至此编码还没完成，转换后，我们还要用一个码表来得到我们想要的字符串（也就是最终的Base64编码），编码表（摘自RFC2045）如下：

Value	Encoding	Value	Encoding	Value	Encoding	Value	Encoding
0	A	17	R	34	i	51	z
1	B	18	S	35	j	52	0
2	C	19	T	36	k	53	1
3	D	20	U	37	l	54	2
4	E	21	V	38	m	55	3
5	F	22	W	39	n	56	4
6	G	23	X	40	o	57	5
7	H	24	Y	41	p	58	6
8	I	25	Z	42	q	59	7
9	J	26	a	43	r	60	8
10	K	27	b	44	s	61	9
11	L	28	c	45	t	62	+
12	M	29	d	46	u	63	/
13	N	30	e	47	v
14	O	31	f	48	w	(pad)	=
15	P	32	g	49	x
16	Q	33	h	50	y

注意：码表最后的pad是专门用来在文档最后进行填充的，因为并非所有文档的字节数都是3的整数倍，如果遇到除不尽的情况，就用=来填充；

QP(Quote-Printable)

其原理是把一个 8 bit 的字符用两个16进制数值表示，然后在前面加"="。所以我们看到经过QP编码后的文件通常是这个样子：=B3=C2=BF=A1=C7=E5=A3=AC=C4=FA=BA=C3=A3=A1。

与Base64相比，QP的保密性要相对较低，因为他不对ASCII码进行重复编码，这样对于普通英文文档就相当于没有编码过，文档内容是完全可见的；这样也带来一个优势，就是对于英文字符占多数的文档编码后文件大小不会增加太多；