数据安全系列 Base64

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本文科普数据处理中常用的Base64相关知识，包括Base64编码方案的内部细节、特征及应用，文章末还提供了iOS和JavaScript版本的Base64编码和解码方案，获取更好的阅读体验可以直接访问wendingding.com网站。

Base64编码方案介绍

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，简单点说就是。Base64可以用作电子邮件的传输编码，常用于处理(表示、传输和存储)文本数据的业务场景中，在网络安全数据处理方面有应用。

下面我们使用电脑中的命令行工具先简单感受下Base64的编码方式（我自己使用的Mac OSX系统的终端，如果是windows操作系统可以搜索git for windows下载对应的Git终端工具）。

① 编码文件

在上面的演示中我们首先对Demo文件目录下的123.png文件（图片）进行base64编码，把结果保存到123.text文件后又对123.text文件进行base64解码操作，并最终匹配解码后得到的文件和源文件。

命令行说明

表示对当前目录下的123.png图片进行base64编码结果保存到123.text。

表示列出123.text文件中的文本内容。

表示对123.text文件进行base64解码，结果保存为new.png文件。

表示对123.png原文件进行md5散列计算，得到唯一散列值。

表示对new.png解码后的文件进行md5散列计算，得到唯一散列值。

② 编码字符串

wendingding$echo-n"我失去了一只臂膀，就睁开一只眼睛"| base64

5oiR5aSx5Y675LqG5LiA5Y+q6IeC6IaA77yM5bCx552B5byA5LiA5Y+q55y8552b

wendingding$echo-n"5oiR5aSx5Y675LqG5LiA5Y+q6IeC6IaA77yM5bCx552B5byA5LiA5Y+q55y8552b"| base64 -D

我失去了一只臂膀，就睁开一只眼睛

Base64可以对任意的二进制数据进行编码，不论原数据是什么样的（可以是图片、视频、文本、字符串等）编码后我们得到的总是一个由众多字符组成的字符串，而且Base64是可逆的。

Base64编码后得到的字符串由64位字符排列组合而成，这64位字符分别是：字母A-Z、a-z、数字0-9、+和/,下面列出Base64的索引表（摘自Base64维基百科）。

注意在进行编码的时候因为可能出现要编码的字节数不能被3整除的情况，所以实际编码得到的字符串文本中还可能出现特殊字符=符号。

Base64的编码策略

编码我们在写代码的时候直接面对处理的数据通常是文字、图像和声音等信息，计算机在操作的时候，要知道它们操作的对象并不是这些物化的具体的文字|声音|视频等内容，而是无差别的由0和1排列组合而成的比特序列。将现实世界中的内容映射成为比特序列的操作被称为编码（encoding），常见的编码方案有ASCII 、GB2312(简体中文)和UTF-8等等，Base64也是其中的一种。

我们知道（American Standard Code for Information Interchange，美国信息互换标准代码）这种通用的单字节编码系统中一共规定了128位字符，在具体进行编码的时候使用每8位一组的方式(即每个字符都使用八位的二进制数据来进行表示，注意这里实际只使用了7位，最前面的1位统一规定为0)来表示128种可能的字符。

字节(Byte)是计算机技术中用于计量存储容量的一种计量单位，1字节等于8位(Bit)，即1 Byte = 8 Bit 。每1位可以存储0或1，表示两种状态。因为1个字节中拥有8位，每位存储的数据要么是0要么是1，所以1字节可以表示的数据范围为00000000~11111111，即2^8。

举个例子，如果我们需要处理Nice这个字符串单词，那么计算机使用不同的编码模式得到的比特序列结果是不一样的，下面给出ASCII编码和Base64编码的情况做对照。

Base64在对字符进行连续编码的时候，总是以24位(3 x 8 = 24，3字节)为最小单位进行处理，把24位的数据以6位一组拆分为4组，把每一组的6位转换为二进制数据后查找Base64对应的索引表得到编码后的字符,Base64编码后的数据比原文数据略长一些，大概是原文的4/3。为了帮助理解，下面给出了对Wen这三个字符进行base64编码的处理过程。

说明在ASCII中刚好占3个字节，使用3 X 8 = 24位二进制数据表示。我们先获取三个字符在ASCII编码中对应的十进制数字，分别为87、101和110，转换为二进制数据表示为：01010111 01100101 01101110，然后把这24位二进制数据按照6位一组拆分为4组，即010101 110110 010101 101110，转换为十进制的数字对应为21、54、21和46，在base64索引表中查找对应的字符，最终得到。

关于结尾补齐的特殊处理如果要编码的字节数不能被3整除，最后会多出1个或2个字节，那么在处理的时候会先使用0字节值在末尾补足，使其能够被3整除，然后再进行Base64的编码，在进行编码的时候如果进行了补齐且最后6位全部为0那么转换为=符号，下面以Yu这两个字符实例演示base64的处理过程。

我们刚刚给出了Wen和Yu的base64编码案例，下面使用终端命令行进行验证。

wendingding$echo-n"Wen"| base64

V2Vu

wendingding$echo-n"V2Vu"| base64 -D

Wen

wendingding$echo-n"Yu"| base64

WXU=

wendingding$echo-n"WXU="| base64 -D

Yu

下面总结Base64编码的处理过程

❒ 将所有字符转化为ASCII码；

❒ 将ASCII码转化为8位二进制；

❒ 将二进制3个归成一组(不足3个则补0)共24位，再拆分成4组每组6位；

❒ 统一在6位二进制前补两个0凑足8位；

❒ 将补0后的二进制转为十进制；

❒ 从Base64编码表获取十进制对应的Base64编码；

Base64编码和解密的代码实现

① iOS开发

在iOS开发中，从iOS7.0 开始，苹果就提供了base64的编码和解码支持，如果是

//给定一个字符串，对该字符串进行Base64编码，然后返回编码后的结果

- (NSString*) base64EncodeString:(NSString*)string {

//1.先把字符串转换为二进制数据

NSData*data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

//2.对二进制数据进行base64编码，返回编码后的字符串

return[data base64EncodedStringWithOptions:];

}

//对base64编码后的字符串进行解码

- (NSString*) base64DecodeString:(NSString*)string{

//1.将base64编码后的字符串『解码』为二进制数据

NSData*data = [[NSDataalloc]initWithBase64EncodedString:string options:];

//2.把二进制数据转换为字符串返回

return[[NSStringalloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];

}

② 前端开发

在浏览器环境中，JavaScript提供两个方法来处理Base64编码和解码操作：将字符串或二进制值转化为Base64编码，将Base64编码转化为原来的编码。需要说明的是，在进行使用这些方法进行编码和解码的时候需要考虑到非ASCII码字符的情况，如果是非ASCII码字符那么需要插入浏览器转码的操作。