Base64的编码实现原理攻略

Base64的编码原理

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本文将实现：

• 简述 ASCII码字符编码的Base64 编码实现原理
• 简述 非ASCII码字符编码的Base64 编码实现原理

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加密分析系列文章：

• Base64 编码实现原理（就是本文了）
• Url Base64 编码算法实现原理（正在发文中）
• MD5 算法系列实现原理 （正在发文中）
• SHA 算法系列实现原理（正在发文中）
• MAC 算法系列实现原理（正在发文中）
• 对称加密 DES （正在发文中）
• 对称加密 AES（正在发文中）
• 基于口令加密 PBE（正在发文中）
• 非对称加密 DH（正在发文中）
• 非对称加密 RSA（正在发文中）

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1 简述

• Base64算法有编码和解码操做，可充当加密和解密的操做，还有一张字符映射表充当了密钥。
• Base64算法公开，这与 柯克霍夫原则并没有违背，但充当密钥的字符映射表公开，直接违反了 柯克霍夫原则

密码学上的柯克霍夫原则（Kerckhoffs's principle，也称为柯克霍夫假说、公理、或定律）系由奥古斯特·柯克霍夫在19世纪提出：即便密码系统的任何细节已为人悉知，只要密匙（key，又称密钥或秘钥）未泄漏，它也应是安全的。

• Base64算法不能称为加密算法，但其变换法则听从了单表置换算法。

2 Base64的索引表

Base64的索引表，咱们能够理解为加密密文的构成，密文中的字符选用了"A-Z、a-z、0-九、+、/" 64个可打印字符，这是标准的Base64协议规定。在平常使用中咱们还会看到“=”或“==”号出如今Base64的编码结果中，“=”在此是做为填充字符出现

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

3 编码表

简单点来讲，一串明文通过一系列转换后，生成对应十进制数值，而后参照编码表，经过单表置换来经过编码字符来表示密文。

4 Base64 编码实现过程

一般以字符串使用 Base64 编码（加密），字符串是以字符构成，在编码过程当中，以字符为基本单元，以下图中所示：

编码过程实现

• 第一步： “M”、“a”、"n" 对应的ASCII码值分别为77，97，110，获取对应的二进制值 0100110一、0110000一、01101110。如图第二三行所示，由此组成一个24位的二进制字符串。
• 第二步：对得到的二进制码作分组转换操做，每3个8位二进制码为一组，转换为每4个6位二进制码为一组（不足6位时低位补0）如图红色框，将24位每6位二进制位一组分红四组，这是一个分组变化的过程，3个8位二进制码和4个6位二进制码的长度都是24位，
• 第三步： 对得到的4个6位的二进制码补位，向6位二进制码添加2位高位0，组成4个8位二进制码 ，添加2位高位0，组成4个8位二进制码，扩展成32个二进制位，此时变为四个字节：000100十一、000101十、0000010一、00101110。
• 第四步 将得到的4个8位二进制码转换为十进制码，在上面的数据中，000100十一、000101十、0000010一、00101110 分别对应的十进制的值为：1九、2二、五、46。 第五步：用上面得到到的十进制的值（Base64编码索引）在Base64编码表中进行查找，分别对应：T、W、F、u。所以“Man”Base64编码以后就变为：TWFu。

位数不足状况

5 非 ASCII码字符编码

ASCII 码能够表示十进制范围为 0-127的字符，对应二进制范围是 0000 0000 -0111 1111

ASCII 码包括阿拉伯数字、大小写英文字母和一些控制符，但却没有包含双字节编码的字符，如中文字符，所以有了 GB2312 、GBK、 UTF-8 等编码，GB2312 、GBK用2个字节表示一个汉字，UTF-8用三个字节表示一个汉字。

非 ASCII码字符编码 加密实现过程

咱们以字符串 “密” 为例

• 第一步 获取 字符串 “密” 对应的 utf-8 的编码为 -27，-81，-122
• 第二步 分别获取上述 utf-8 编码（-27，-81，-122）对应的二进制码：11100101 10101111 10000110
• 第三步 将上述二进制码分红4组6位 111001 011010 111110 000110
• 第四步 向6位二进制码添加2位高位0，组成4个8位二进制码，添加2位高位0，00111001 00011010 00111110 00000110
• 第五步 获取上述二进制码对应的十进制码 57 26 62 6
• 第六步 在Base64编码表中进行查找，分别对应 5 a + G

字符串 “密” 通过 Base64 编码后获得字符串 "5a+G"

6 分析

在这里 Base64（2的6次幂就是64）将字符转成的8位二进制码以6位为单位进行分组转换 表示字符，所以成为Base64。同理，Base32就是用5位分组，Base16就是用4位分组。

因此 Base32 、Base16编码过程也就一目了然了。