前言

• 對網(wǎng)絡(luò)通信有所了解的同學(xué)，應(yīng)該都聽過 Base64 編碼。例如，我們一段數(shù)據(jù)通過 MD5 、SHA 等手段加密后，經(jīng)過 Base64 編碼為字符串就可以很方便地在網(wǎng)路上傳輸。那么 Base64 也算是一種加密算法嗎？
• 在這篇文章里，我將帶你理解 Base64 的基本原理 & 實現(xiàn)。如果能幫上忙，請務(wù)必點贊加關(guān)注，這真的對我非常重要。

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目錄

1. 基本原理

Base64是一種將二進(jìn)制流表示為 64 個字符的編碼方式。標(biāo)準(zhǔn)的 Base64 使用的索引表為：

標(biāo)準(zhǔn)的 Base64 索引表 —— 引用自維基百科

舉個例子，字符串"Base64 編碼"經(jīng)過編碼后的結(jié)果為：QmFzZTY0IOe8lueggQ==。當(dāng)然，這里隱含了以UTF-8作為字符編碼的前提，如果使用了其他的字符編碼方式，用Base64編碼后就不是這個結(jié)果了。很多在線編解碼的網(wǎng)站其實也是默認(rèn)使用了UTF-8，但是沒有明確說明。

1.1 標(biāo)準(zhǔn) Base64 編碼步驟

下面解釋一下Base64的編碼步驟：

• 步驟1：數(shù)據(jù)輸入
  在這一步驟，需要將原數(shù)據(jù)（字符串、圖片、音頻等任何數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流。例如前面舉的字符串的例子，則需要經(jīng)過字符編碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流。

• 步驟2：分組轉(zhuǎn)換

  • 從二進(jìn)制流頭部開始，每 6 位為一組，若不足 6 位，則低位補0
  • 每 6 位組成一個新的字節(jié)，高位 2 位補 0 ，此時已經(jīng)獲得二進(jìn)制的Base64編碼

• 步驟3：轉(zhuǎn)換為字符串
  將二進(jìn)制的Base64編碼每個字節(jié)映射為一個字符，例如0000 0000映射為 A，0011 1111映射為/，此時已經(jīng)獲得Base64編碼字符串

• 步驟4：末尾補位
  標(biāo)準(zhǔn)Base64編碼字符串的長度為 4 的倍數(shù)，否則，在末尾補充=。例如前面的QmFzZTY0IOe8lueggQ==長度就是補充了兩個=后，長度為 20。

整個編碼步驟并不復(fù)雜，我們用一張示意圖表示為：

Base64編碼 示意圖

1.2 非標(biāo)準(zhǔn) Base64

• Url Base 64
  標(biāo)準(zhǔn)Base 64中使用了'/'，這在URL和文件系統(tǒng)中存在沖突，因此延伸出 Url Base64 算法，主要就是將'+'和'/'符號替換成了'-'和'_'符號。

• MIME Base 64
  這是一種MIME友好格式，它輸出每行為 76 個字符，每行末需追加回車換行符\r\n，不論每行是否夠 76 個字符，都要添加一個回車換行符

1.3 意義

Base64能夠?qū)⑷魏螖?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易移植的字符串，避免了傳輸過程中失真問題。最初，Base64是為了解決電子郵件中無法直接使用非ASCII字符的問題。一段數(shù)據(jù)先經(jīng)過Base64編碼為ASCII字符串后，可以在接收端，通過Base64解碼還原為原數(shù)據(jù)后，而無需擔(dān)心傳輸過程中失真。

很多時候，我們都將Base64編碼作為數(shù)據(jù)加密后的傳輸 / 存儲格式。例如，一段明文數(shù)據(jù)通過MD5 、SHA等手段加密后，經(jīng)過Base64編碼為字符串，就可以很方便地進(jìn)行傳輸 & 存儲。再比如，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字證書其實也是使用Base64編碼的形式傳輸?shù)?，我們可以在瀏覽器上查看百度官網(wǎng)的數(shù)字證書：

查看百度官網(wǎng)的數(shù)字證書

將證書保存到本地

證書以 Base64 編碼格式存儲

需要注意的是，Base64并不是一種加密方式，明文使用Base64編碼后的字符串通過索引表可以直接還原為明文。因此，Base64只能作為一種數(shù)據(jù)的存儲格式。

2. 算法實現(xiàn)

2.1 Java 環(huán)境

在Java 8之前，JDK中并沒有提供Base64的算法實現(xiàn)，這其實挺讓人納悶的。雖然源碼中sun.misc.BASE64Encoder，但是它其實并不是公有 API，而是 sun 團(tuán)隊內(nèi)部使用的 API，最好不要在生產(chǎn)中使用。從Java 8，JDK 總算是補充了Base64的實現(xiàn)，例如：

import java.util.Base64;

標(biāo)準(zhǔn) Base 64
System.out.println(Base64.getEncoder().encodeToString("".getBytes()));

Url Base 64
System.out.println(Base64.getUrlEncoder().encodeToString("".getBytes()));

MIME Base 64
System.out.println(Base64.getMimeEncoder().encodeToString("".getBytes()));

在Java 8之前，Bouncy Castle和Apache也提供了Base64的算法實現(xiàn)。

2.2 Android環(huán)境

Android SDK提供了Base64的算法實現(xiàn)，例如：

import android.util.Base64;

System.out.println(Base64.encodeToString("".getBytes(),Base64.DEFAULT));

相對于Java 8的算法實現(xiàn)，Android提供的 API 更為靈活，可以通過flag自定義控制算法的輸出。

3. 總結(jié)

• Base 64能夠?qū)⑷魏螖?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易移植的字符串，避免了傳輸過程中失真問題。
• 需要注意的是，Base 64不是一種加密方式，只是一種編碼方式。很多時候，我們都將Base64編碼作為數(shù)據(jù)加密后的傳輸 / 存儲格式

參考資料

• 《Java加密與解密的藝術(shù)》（第5章） —— 梁棟 著
• 《HTTP權(quán)威指南》 —— [美] David Gourley，Brian Totty等 著
• 《Base64》 —— 維基百科

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