base64加密和解码原理和代码

Posted 2020-09-16

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了base64加密和解码原理和代码相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Base64编码，是我们程序开发中经常使用到的编码方法。它是一种基于用64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。它通常用作存储、传输一些二进制数据编码方法！也是MIME（多用途互联网邮件扩展，主要用作电子邮件标准）中一种可打印字符表示二进制数据的常见编码方法！它其实只是定义用可打印字符传输内容一种方法，并不会产生新的字符集！有时候，我们学习转换的思路后，我们其实也可以结合自己的实际需要，构造一些自己接口定义编码方式。好了，我们一起看看，它的转换思路吧！

Base64实现转换原理

它是用64个可打印字符表示二进制所有数据方法。由于2的6次方等于64，所以可以用每6个位元为一个单元，对应某个可打印字符。我们知道三个字节有24个位元，就可以刚好对应于4个Base64单元，即3个字节需要用4个Base64的可打印字符来表示。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一般有所不同。但是，我们经常所说的Base64另外2个字符是：“+/”。

这64个字符，所对应表如下。

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

　　转换的时候，将三个byte的数据，先后放入一个24bit的缓冲区中，先来的byte占高位。数据不足3byte的话，于缓冲区中剩下的bit用0补足。然后，每次取出6个bit，按照其值选择ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/中的字符作为编码后的输出。不断进行，直到全部输入数据转换完成。

如果最后剩下两个输入数据，在编码结果后加1个“=”；如果最后剩下一个输入数据，编码结果后加2个“=”；如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证资料还原的正确性。编码后的数据比原始数据略长，为原来的4/3。无论什么样的字符都会全部被编码，因此不像Quoted-printable 编码，还保留部分可打印字符。所以，它的可读性不如Quoted-printable编码！

文本	M								a								n
ASCII编码	77								97								110
二进制位	0	1	0	0	1	1	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	0
索引	19						22						5						46
Base64编码	T						W						F						u

M的Ascii码是77,前六位对应值为19，对应base64字符是T，如此类推。其它字符编码就可以自动转换得到！我们看看另外不是刚好是3个字节的情况！

文本（1 Byte）	A
二进制位	0	1	0	0	0	0	0	1
二进制位（补0）	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
Base64编码	Q						Q						=						=
文本（2 Byte）	B								C
二进制位	0	1	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1			x	x	x	x	x	x
二进制位（补0）	0	1	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	x	x	x	x	x	x
Base64编码	Q						k						M						=

下面是js代码实现base64的转换

/* utf.js - UTF-8 <=> UTF-16 convertion
		 *
		 * Copyright (C) 1999 Masanao Izumo <[email protected]>
		 * Version: 1.0
		 * LastModified: Dec 25 1999
		 * This library is free. You can redistribute it and/or modify it.
		 */

		/*
		 * Interfaces:
		 * utf8 = utf16to8(utf16);
		 * utf16 = utf8to16(utf8);
		 */

		function utf16to8(str) {
			var out, i, len, c;

			out = "";
			len = str.length;
			for(i = 0; i < len; i++) {
				c = str.charCodeAt(i);
				if((c >= 0x0001) && (c <= 0x007F)) {
					out += str.charAt(i);
				} else if(c > 0x07FF) {
					out += String.fromCharCode(0xE0 | ((c >> 12) & 0x0F));
					out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >> 6) & 0x3F));
					out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >> 0) & 0x3F));
				} else {
					out += String.fromCharCode(0xC0 | ((c >> 6) & 0x1F));
					out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >> 0) & 0x3F));
				}
			}
			return out;
		}

		function utf8to16(str) {
			var out, i, len, c;
			var char2, char3;

			out = "";
			len = str.length;
			i = 0;
			while(i < len) {
				c = str.charCodeAt(i++);
				switch(c >> 4) {
					case 0:
					case 1:
					case 2:
					case 3:
					case 4:
					case 5:
					case 6:
					case 7:
						// 0xxxxxxx
						out += str.charAt(i - 1);
						break;
					case 12:
					case 13:
						// 110x xxxx 10xx xxxx
						char2 = str.charCodeAt(i++);
						out += String.fromCharCode(((c & 0x1F) << 6) | (char2 & 0x3F));
						break;
					case 14:
						// 1110 xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx
						char2 = str.charCodeAt(i++);
						char3 = str.charCodeAt(i++);
						out += String.fromCharCode(((c & 0x0F) << 12) |
							((char2 & 0x3F) << 6) |
							((char3 & 0x3F) << 0));
						break;
				}
			}

			return out;
		}

		//上面的这段代码中定义了两个函数，utf16to8()用于将utf-16转成utf-8，utf8to16用于将utf-8转成utf-16。
		//
		//下面才是真正用于base64编码的函数。

		/* Copyright (C) 1999 Masanao Izumo <[email protected]>
		 * Version: 1.0
		 * LastModified: Dec 25 1999
		 * This library is free. You can redistribute it and/or modify it.
		 */

		/*
		 * Interfaces:
		 * b64 = base64encode(data);
		 * data = base64decode(b64);
		 */

		var base64EncodeChars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
		var base64DecodeChars = new Array(-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 62, -1, -1, -1, 63,
			52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14,
			15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,
			41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, -1, -1, -1, -1, -1);

		function base64encode(str) {
			var out, i, len;
			var c1, c2, c3;

			len = str.length;
			i = 0;
			out = "";
			while(i < len) {
				c1 = str.charCodeAt(i++) & 0xff;
				if(i == len) {
					out += base64EncodeChars.charAt(c1 >> 2);
					out += base64EncodeChars.charAt((c1 & 0x3) << 4);
					out += "==";
					break;
				}
				c2 = str.charCodeAt(i++);
				if(i == len) {
					out += base64EncodeChars.charAt(c1 >> 2);
					out += base64EncodeChars.charAt(((c1 & 0x3) << 4) | ((c2 & 0xF0) >> 4));
					out += base64EncodeChars.charAt((c2 & 0xF) << 2);
					out += "=";
					break;
				}
				c3 = str.charCodeAt(i++);
				out += base64EncodeChars.charAt(c1 >> 2);
				out += base64EncodeChars.charAt(((c1 & 0x3) << 4) | ((c2 & 0xF0) >> 4));
				out += base64EncodeChars.charAt(((c2 & 0xF) << 2) | ((c3 & 0xC0) >> 6));
				out += base64EncodeChars.charAt(c3 & 0x3F);
			}
			return out;
		}

		function base64decode(str) {
			var c1, c2, c3, c4;
			var i, len, out;

			len = str.length;
			i = 0;
			out = "";
			while(i < len) {
				/* c1 */
				do {
					c1 = base64DecodeChars[str.charCodeAt(i++) & 0xff];
				} while (i < len && c1 == -1);
				if(c1 == -1)
					break;

				/* c2 */
				do {
					c2 = base64DecodeChars[str.charCodeAt(i++) & 0xff];
				} while (i < len && c2 == -1);
				if(c2 == -1)
					break;

				out += String.fromCharCode((c1 << 2) | ((c2 & 0x30) >> 4));

				/* c3 */
				do {
					c3 = str.charCodeAt(i++) & 0xff;
					if(c3 == 61)
						return out;
					c3 = base64DecodeChars[c3];
				} while (i < len && c3 == -1);
				if(c3 == -1)
					break;

				out += String.fromCharCode(((c2 & 0XF) << 4) | ((c3 & 0x3C) >> 2));

				/* c4 */
				do {
					c4 = str.charCodeAt(i++) & 0xff;
					if(c4 == 61)
						return out;
					c4 = base64DecodeChars[c4];
				} while (i < len && c4 == -1);
				if(c4 == -1)
					break;
				out += String.fromCharCode(((c3 & 0x03) << 6) | c4);
			}
			return out;
		}

		//上面代码中的base64encode()用于编码，base64decode()用于解码。
		
		//因此，对utf-8字符进行编码要这样写：
		var str = "hello world"
		sEncoded = base64encode(utf16to8(str));
		console.log(sEncoded);//aGVsbG8gd29ybGQ=
		//然后，解码要这样写：

		sDecoded = utf8to16(base64decode(sEncoded));
		console.log(sDecoded);//hello world

以上是关于base64加密和解码原理和代码的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

[转]Base64 算法原理，以及编码解码加密解密介绍

C#解码base64编码的二进制数据的代码

使用OpenSSL进行Base64编码和解码

BASE64加密原理

Base 64 原理

base64编解码与hash加密

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

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

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