base64编码原理

1、背景

公司业务中调用接口须要经过网关转换，网关内的一些规则致使*在传递的过程当中存在问题，因此决定使用base64进行编码处理。

在使用过程当中发现网关对'='也有处理,致使个人传参到接口方会丢失掉最后的等号，可是通过解码后的居然是正确的！

因而发现这么长的时间，常用base64，可是对这个编码的原理并不理解，因此就有了这篇学习记录。

2、基础知识了解

1.常见的编码：

• ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）
• UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）可用1~4个字节表示一个字符（unicode的实现方式）
• GBK 汉字内码扩展规范

2.计算机本质都是二进制，最小的数据单位是比特bit，一个字节有8个bit。

3.base64做用：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，好比说从A地传到B地，每每要通过多个路由设备，因为不一样的设备对字符的处理方式有一些不一样，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。因此就先把数据先作一个Base64编码，通通变成可见字符，下降错误率。

3、编码原理

是基于A-Z、a-z、0-9以及'+' 和'/'共64个字符的编码方式，由于2的6次方等于64，因此说只须要6个比特便可表示一个base64的字符。

编码表：'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/'
复制代码

核心原理是将二进制数据进行分组，以6位一组进行分组，并在每组前面都填两个高位 0，而后将 8 bit 的字节转换成十进制，对照 BASE64 编码表 （上表），获得对应编码后的字符。

4、等号是哪里来的？

一个字节是8bit，一个base64的字符6bit，24是最小公倍数，因此3个字节能够完整转化为4个base64字符；

可是咱们没法控制须要编码的数据正好是3的倍数，因此要进行补零---在不足3的倍数的字符串末尾用0x00进行填充；

由于base64编码中的下标0对应的字符是'A'，而末尾填充上的0x00在分组补零后一样是下标0x00，这样就没法分辨出究竟是末尾填充的0x00仍是二进制数据中的0x00。

因此引进了等号，这就是'='字符不在Base64字符集中，可是也出如今Base64编码的缘由了。

5、编码过程

以对6666P进行base64编码的步骤说明
每一个字符转化为8bit：
6----->00110110
6----->00110110
6----->00110110
6----->00110110
P----->01010000
补位----->00000000
总体拼接结果：
001101100011011000110110001101100101000000000000
以6bit一组进行分割：
001101  100011  011000  110110  001101  100101  000000  000000
转化为base64编码脚标：
13  35  24  54  13  37  0  0
获取对应的base64编码：
N  j  Y  2  N  l  A  A
获得结果：string(8) "NjY2NlA="
复制代码

6、关于解码

由编码过程可知，编码的结果的长度必定是4的倍数，因此当解码的长度不等于4的倍数时，须要用等号进行补位。

这也就是去掉末尾的等号后进行解码得出的原文不会出错的缘由了！

了解过编码过程后逆向回去即为解码过程，在此就再也不详细叙述了。

7、base64的变种

可是标准的base64并不能知足全部场景的须要，好比URL编码器会把中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，因此也就出现了实现思路一致的编码变种：

（1）适应url的变种改进：不在末尾填充’=’号，并将“+”和“/”分别改为了“-”和“_”

（2）适应正则表达式的变种：将“+”和“/”改为了“!”和“-”

8、实践代码

<?php

$a = "6666P";

$decbinStr= '';
//计算补位
$end = (3 - strlen($a)%3)%3;
for($i=0;$i<strlen($a);$i++){
    //每一个字符转化为8bit
    $decbin = str_pad(decbin(ord($a[$i])),8,"0",STR_PAD_LEFT);
    $decbinStr .= $decbin ;
}
//增长补位
$decbinStr = $decbinStr. str_pad("",$end*8,"0");
//以6bit一组进行分割
$arr = str_split($decbinStr,6);
//转化成对应的base64编码
$result = implode("", array_map("getBase64Str",$arr));
//末尾补位的数据处理
for($j=0;$j<$end;$j++){
    if($result[strlen($result)-1-$j] == 'A'){
      $result[strlen($result)-1-$j] = "=";
    }
}
//验证下跟自带的base64_encode结果是否一致
var_dump($result);
var_dump(base64_encode($a));

exit();

function getBase64Str($sixStr){
    $number = bindec($sixStr);
    $baseHash = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
    return $baseHash[$number];
}
复制代码

固然也可使用位运算等方式进行实现，以上代码仅表明我的的思路。