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Base64 的原理、实现及应用

一、Base64编码原理

Base64编码是基于64个字符A-Z,a-z,0-9,+,/的编码方式,因为2的6次方正好为64,所以就用6bit就可以表示出64个字符,eg:000000对应A,000001对应B。

**BASE64 的编码原理:**都是按字符串长度,以每 3 个 字符(1Byte=8bit)为一组,然后针对每组,首先获取每个字符的 ASCII 编码(字符'a'=97=01100001),然后将 ASCII 编码转换成 8 bit 的二进制,得到一组 3 * 8=24 bit 的字节。然后再将这 24 bit 划分为 4 个 6 bit 的字节,并在每个 6 bit 的字节前面都填两个高位 0,得到 4 个 8 bit 的字节,然后将这 4 个 8 bit 的字节转换成十进制,对照 BASE64 编码表 (下表),得到对应编码后的字符。

image

注:1. 要求被编码字符是8bit的,所以须在ASCII编码范围内,\u0000-\u00ff,中文就不行。   2. 如果被编码字符长度不是3的倍数的时候,则都用0代替,对应的输出字符为“=”

Base64编码本质上是一种将二进制数据转成文本数据的方案。对于非二进制数据,是先将其转换成二进制形式,然后每连续6比特(2的6次方=64)计算其十进制值,根据该值在A--Z,a--z,0--9,+,/ 这64个字符中找到对应的字符,最终得到一个文本字符串。基本规则如下几点:

  1. 标准Base64只有64个字符(英文大小写、数字和+、/)以及用作后缀等号;
  2. Base64是把3个字节变成4个可打印字符,所以Base64编码后的字符串一定能被4整除(不算用作后缀的等号);
  3. 等号一定用作后缀,且数目一定是0个、1个或2个。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3n位。为了正确还原,添加了几个\0就加上几个等号。显然添加等号的数目只能是0、1或2;
  4. 严格来说Base64不能算是一种加密,只能说是编码转换。

二、Base64解码原理

解码原理是将4个字节转换成3个字节.先读入4个6位(用或运算),每次左移6位,再右移3次,每次8位,这样就还原了。

三、Base64编码字符串实例

1、字符长度为能被3整除时:比如“Tom” :

所以,“Tom”的 BASE64 编码结果为 VG9t。

2、字符串长度不能被3整除时,比如“Lucy”:

因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐,即:THVjeQ==

四、Base64编码的应用

  1. 实现简单的数据加密,使用户一眼望去完全看不出真实数据内容,base64算法的复杂程度要小,效率要高相对较高。

  2. Base64编码的主要的作用不在于安全性,而在于让内容能在各个网关间无错的传输,这才是Base64编码的核心作用。

  3. 在计算机中任何数据都是按ascii码存储的,而ascii码的128~255之间的值是不可见字符。而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。

  4. Base64 编码在URL中的应用:

    Base64编码可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。例如,在Java持久化系统Hibernate中,就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符(一般为128-bit的UUID)编码为一个字符串,用作HTTP表单和HTTP GET URL中的参数。在其他应用程序中,也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL(包括隐藏表单域)中的形式。此时,采用Base64编码不仅比较简短,同时也具有不可读性,即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到。

    然而,标准的Base64并不适合直接放在URL里传输,因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式,而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换,因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。

    (1)为解决此问题,可采用一种用于URL的改进Base64编码,它不在末尾填充'='号,并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“-”和“”,这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换,避免了编码信息长度在此过程中的增加,并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。 (2)另有一种用于正则表达式的改进Base64变种,它将“+”和“/”改成了“!”和“-”,因为“+”,“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正则表达式中都可能具有特殊含义。 此外还有一些变种,它们将“+/”改为“-”或“.”(用作编程语言中的标识符名称)或“.-”(用于XML中的Nmtoken)甚至“:”(用于XML中的Name)。

    很多下载类网站都提供“迅雷下载”的链接,其地址通常是加密的迅雷专用下载地址。   如thunder://QUFodHRwOi8vd3d3LmJhaWR1LmNvbS9pbWcvc3NsbTFfbG9nby5naWZaWg==   其实迅雷的“专用地址”也是用Base64加密的,其加密过程如下:

    •   一、在地址的前后分别添加AA和ZZ

    如www.baidu.com/img/sslm1_logo.gif变成 AAwww.baidu.com/img/sslm1_l…

    •   二、对新的字符串进行Base64编码

    如AAwww.baidu.com/img/sslm1_logo.gifZZ用Base64编码得到QUFodHRwOi8vd3d3LmJhaWR1LmNvbS9pbWcvc3NsbTFfbG9nby5naWZaWg==

    •   三、在上面得到的字符串前加上“thunder://”就成了

    thunder://QUFodHRwOi8vd3d3LmJhaWR1LmNvbS9pbWcvc3NsbTFfbG9nby5naWZaWg==

五、Base64具体实现

1. 对字符串进行Base64编码

//对字符串进行Base64编码
    public void base64Encode(View view) {
        String str = "a";
        stringBase64 = Base64.encodeToString(str.getBytes(), Base64.NO_PADDING);
        
        test.setText("a 的Base64编码为:"+stringBase64);
    }
复制代码

2. 对字符串进行Base64解码

//对字符串进行Base64解码
    public void base64Decode(View view) {
        byte[] decode = Base64.decode(stringBase64, Base64.DEFAULT);
        String string = new String(decode);
        
        test.setText("base64解码为:"+string);
    }
复制代码

3. 对文件进行Base64编码

File file = new File("/storage/emulated/0/pimsecure_debug.txt");
FileInputStream inputFile = null;
try {
    inputFile = new FileInputStream(file);
    byte[] buffer = new byte[(int) file.length()];
    inputFile.read(buffer);
    inputFile.close();
    encodedString = Base64.encodeToString(buffer, Base64.DEFAULT);
    Log.e("Base64", "Base64---->" + encodedString);
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
复制代码

4. 对文件进行Base64编码

File desFile = new File("/storage/emulated/0/pimsecure_debug_1.txt");
FileOutputStream  fos = null;
try {
    byte[] decodeBytes = Base64.decode(encodedString.getBytes(), Base64.DEFAULT);
    fos = new FileOutputStream(desFile);
    fos.write(decodeBytes);
    fos.close();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
复制代码

5. 针对Base64.DEFAULT参数说明

无论是编码还是解码都会有一个参数Flags,Android提供了以下几种

  1. DEFAULT 这个参数是默认,使用默认的方法来加密

    对“a”进行Base64编码结果为:YQ==,并且编码后出现换行符

  2. NO_PADDING 这个参数是略去加密字符串最后的”=”

    对“a”进行Base64编码结果为:YQ

  3. NO_WRAP 这个参数意思是略去所有的换行符(设置后CRLF就没用了)

    对“a”进行Base64编码结果为:YQ==,并且编码后不出现换行符

  4. CRLF 这个参数看起来比较眼熟,它就是Win风格的换行符,意思就是使用CR LF这一对作为一行的结尾而不是Unix风格的LF

  5. URL_SAFE 这个参数意思是加密时不使用对URL和文件名有特殊意义的字符来作为加密字符,具体就是以-和_取代+和/

    对“a”进行Base64编码结果为:YQ==,并且编码后出现换行符

注意:BASE64Encoder每编码76个字符后,都会在后面加上一个回车换行。所以当超过76个字符的字符串被编码后,再解码时会提示RuntimeError;如果除去编码后出现的所有换行符,如使用Base64.NO_WRAP,则字符串能正常解码。

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