浅谈BASE64编码

小蜜蜂

发布于 2019-07-23 15:30:48

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发布于 2019-07-23 15:30:48

编码和加密

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Base64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。

BASE64编码的目的

由于某些系统中只能使用ASCII字符，Base64编码就是用来将非ASCII字符的数据转换成ASCII字符的一种方法。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。在网络传输、邮件等系统中，BASE64的编码方式被广泛的应用。

BASE64编码的范围

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？

我们知道任何计算机都支持按ascii码方式存储的数据，但ascii码的128～255之间的值是不可见字符，在不同的设备上处理方式可能会不同。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，由于不同的设备对不可见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。所以就先把源数据先做一个Base64编码，统统变成可见字符，这样出错的可能性就大降低了。

对证书来说，特别是根证书，一般都是作Base64编码的，因为它要在网上被许多人下载。电子邮件的附件一般也作Base64编码的，因为一个附件数据往往是有不可见字符的。

那么Base64到底是怎样编码的呢？

简单来说，任何一个数据无非可以看作一个比特流，那么我们取6个比特为一组，计算它的ascii值，得到一个字符，这个字符肯定是可见字符，好，把它对应的字符写出来，再取6个比特，计算...，如此下去，直到最后，就完成了编码。

base64范围如下：

0-9

a-z

A-Z

所以base64字符串里面一共有：

64种普通字符和1种补位字符，=就是那个补位字符。

base64是把每3个字节数据变成4个可打印字符，如果原数据长度不能被3整除，base64要在后面添加\0凑齐。

凑齐之后的数据的字节长度一定是3N，经过base64编码之后可打印出来4N个字符。

所以base64编码后的字符串一定能被4整除，并且在字符串的末尾可能出现1个或者2个等号，这是因为如果原文长度不能被3整除，base64要在后面添加\0凑齐。添加了几个字节的\0就会base64编码成几个等号。

BASE64编码的实现

BASE64的算法十分简单。

首先，BASE64把数据流的所有bit分开；

然后，按照每6位bit组成一个字节，

最后，在每个新字节的高位添加两个0进行补位，组成新的字节数组。

例如，一个字节数组包含3个字节，BASE64编码时将把其分配到4个新的字节中（3*8/6=4），其中每个字节只填充低6位，最后把高2位置0。

下图说明了BASE64的算法：

BASE64编码在.Net中的实现

在C#中通常使用Convert类型来进行BASE64编码和解码，它可以进行8位的字节数组和BASE64编码的字符串的转换。以下代码展示了其用法。

static void Main()
{
    string str = "abcde";
    //Generate UTF8 byte array
    byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(str);
    //Converted into Base64 string
    string base64 = BytesToBase64(bytes);
    Console.WriteLine(base64);
    //Back to UTF8 byte array.
    bytes = Base64ToBytes(base64);
    //Back to string.
    Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(bytes));
    Console.Read();
}

//Converts 8-bit byte array into Base64 string
static string BytesToBase64(byte[] bytes)
{
    try
    {
        //Conversion is not successful will throw an exception
        return Convert.ToBase64String(bytes);
    }
    catch (Exception)
    {
        return null;
    }
}

//Converts Base64 string into 8-bit byte array
static byte[] Base64ToBytes(string base64)
{
    try
    {
        //Conversion is not successful will throw an exception
        return Convert.FromBase64String(base64);
    }
    catch (Exception)
    {
        return null;
    }
}

如以上代码所示，Convert类型提供了非常简单的接口以支持BASE64字符串和字节数组之间的转换.

但需要注意的是，Convert类型在转换失败时将直接抛出异常，在任何时刻都必须把Convert类型的操作语句放在try、catch块中。

下面是以上代码的执行结果: