Base64
Base58

Base64

Base64是一種用64個(gè)字符表示任意二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法橡娄。

編碼前诗箍，可以是各種各樣的字符，中文挽唉、法語(yǔ)滤祖、日語(yǔ)等，先把這些字符轉(zhuǎn)成字節(jié)瓶籽，然后對(duì)這些字節(jié)進(jìn)行編碼匠童，編碼后就都是限定了的64個(gè)字符了。

好處是編碼后文本數(shù)據(jù)可以顯示出來(lái)了塑顺，可以用在郵件汤求、網(wǎng)頁(yè)、URL上严拒。
編碼后扬绪，3字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)變成了4字節(jié)的文本數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度增加了33%裤唠，所以適合傳送少量二進(jìn)制數(shù)據(jù)挤牛。

編碼

首先準(zhǔn)備一個(gè)含有64個(gè)字符的數(shù)組，一般是 “A～Za～z0～9+/”种蘸；
然后原先的二進(jìn)制數(shù)據(jù)每3個(gè)字節(jié)一組墓赴，就是3*8=24個(gè)比特，然后分成四組航瞭，每組6個(gè)比特诫硕，每6個(gè)比特就對(duì)應(yīng)了一個(gè)0～63之間的數(shù)字；
把這4個(gè)范圍在0～63的數(shù)字當(dāng)作索引刊侯，在上面的字符數(shù)組里查找相應(yīng)的字符章办；
這樣就是編碼后的字符串了。

特殊處理：
如果要編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)不是3的倍數(shù)滨彻，就用\x00字節(jié)在末尾補(bǔ)足藕届，然后再在編碼的末尾加上1到2個(gè)等號(hào)（=），表示補(bǔ)了多少字節(jié)疮绷，這樣解碼的時(shí)候就可以自動(dòng)去掉了翰舌。

特別注意嚣潜，Base64編碼后的文本的長(zhǎng)度總是4的倍數(shù)冬骚，但是如果再加上1到2個(gè)=不就不是4的倍數(shù)了嗎？
所以并不是先編碼，再加上1到2個(gè)=只冻，而是編碼之后庇麦，把最后的1到2個(gè)字符（這個(gè)字符肯定是A）替換成=

解碼

與編碼相反，首先去除末尾的等號(hào)（=）喜德，然后比對(duì)初始的64字符的數(shù)組山橄，把編碼后的文本轉(zhuǎn)成各字符在數(shù)組里的索引值，再然后轉(zhuǎn)成6比特的二進(jìn)制數(shù)舍悯，最后刪除多余的\x00航棱。

改進(jìn)

1. 標(biāo)準(zhǔn)Base64里是包含 + 和 / 的，在URL里不能直接作為參數(shù)萌衬，所以出現(xiàn)一種 “url safe” 的Base64編碼饮醇，其實(shí)就是把 + 和 / 替換成 - 和 _ 。
2. 同樣的秕豫，=也會(huì)被誤解朴艰，所以編碼后干脆去掉=，解碼時(shí)混移，自動(dòng)添加一定數(shù)量的等號(hào)祠墅，使得其長(zhǎng)度為4的倍數(shù)即可正常解碼了。

思考

編碼時(shí)歌径，=添加的邏輯是：原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不是3的倍數(shù)時(shí)毁嗦，要補(bǔ)\x00，補(bǔ)了多少個(gè)\x00沮脖，就在編碼的末尾添加幾個(gè)=金矛；
而解碼時(shí)，自動(dòng)添加=的邏輯是：把編碼后的文本的長(zhǎng)度補(bǔ)齊到4的倍數(shù)勺届。
這兩個(gè)的邏輯明明是不同的驶俊，為什么可以工作呢？

解答

因?yàn)檫@里的=的意義只在于表示編碼時(shí)添加了多少個(gè)\x00免姿，哪怕缺失了=饼酿，也可以知道缺失了多少個(gè)，那么在解碼后就要去掉多少個(gè)\x00胚膊。
而且編碼時(shí)添加的=其實(shí)是替換故俐，并不會(huì)破壞編碼后長(zhǎng)度為4的倍數(shù)的這個(gè)特性，所以解碼時(shí)紊婉，把=換成A药版，然后正常解碼，再刪除掉尾部的X個(gè)\x00即可（X=1或著2）喻犁。

Base58

除了Base64槽片，還有Base16何缓、Base32、Base58还栓、Base85等編碼方式碌廓，這里介紹一下Base58是因?yàn)椋?/p>

1. 它的編碼思路和Base64看起來(lái)不太一樣（雖然實(shí)質(zhì)是一樣的）
2. 刪除了 + / 0 O I l，讓編碼后的結(jié)果更加清晰剩盒，且不容易看錯(cuò)
3. 比特幣谷婆、Monero、Ripple辽聊、Flickr都在用這個(gè)Base58的編碼方式

Base58的本質(zhì)就是把256進(jìn)制的值轉(zhuǎn)成58進(jìn)制的值纪挎。
所以它在編碼時(shí)不需要考慮補(bǔ)\x00的問(wèn)題，直接轉(zhuǎn)換即可跟匆。
把字節(jié)流轉(zhuǎn)成一個(gè)256進(jìn)制的大數(shù)廷区，然后不斷除以58，保留余數(shù)贾铝，最后余數(shù)當(dāng)作索引隙轻，再倒序，即為轉(zhuǎn)換后的結(jié)果垢揩。

特殊處理：
不同于一個(gè)普通的數(shù)字轉(zhuǎn)成某個(gè)進(jìn)制玖绿，普通數(shù)字最高位是不會(huì)為0的，而我們要編碼的對(duì)象是字節(jié)流叁巨，那么如果字節(jié)流的最前面是0（\x00）斑匪，那么就會(huì)丟失這個(gè)信息。所以編碼時(shí)要特殊記錄一下锋勺，字節(jié)流的開端有多少個(gè)\x00蚀瘸，就直接在轉(zhuǎn)換后的編碼前面加上多少個(gè)b58Alphabet[0]，同理庶橱，解碼的時(shí)候先記錄一下前面的b58Alphabet[0]的個(gè)數(shù)贮勃，然后解碼之后再在解碼的前面加上相同數(shù)量的0x00。

示例代碼

base58.go

var b58Alphabet = []byte("123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz")

// Base58Encode encodes a byte array to Base58
func Base58Encode(input []byte) []byte {
    var result []byte

    x := big.NewInt(0).SetBytes(input)

    base := big.NewInt(int64(len(b58Alphabet)))
    zero := big.NewInt(0)
    mod := &big.Int{}

    for x.Cmp(zero) != 0 {
        x.DivMod(x, base, mod)
        result = append(result, b58Alphabet[mod.Int64()])
    }

    ReverseBytes(result)
    for _, b := range input {
        if b == 0x00 {
            result = append([]byte{b58Alphabet[0]}, result...)
        } else {
            break
        }
    }

    return result
}

// Base58Decode decodes Base58-encoded data
func Base58Decode(input []byte) []byte {
    result := big.NewInt(0)
    zeroBytes := 0

    for _, b := range input {
        if b == b58Alphabet[0] {
            zeroBytes++
        } else {
            break
        }
    }

    payload := input[zeroBytes:]
    for _, b := range payload {
        charIndex := bytes.IndexByte(b58Alphabet, b)
        result.Mul(result, big.NewInt(58))
        result.Add(result, big.NewInt(int64(charIndex)))
    }

    decoded := result.Bytes()
    decoded = append(bytes.Repeat([]byte{byte(0x00)}, zeroBytes), decoded...)

    return decoded
}

base58_test.go

func TestBase58Encode(t *testing.T) {
    data := []byte{0x00, 0x00, 0x00}
    encoded := Base58Encode(data)
    assert.Equal(t, []byte{'1', '1', '1'}, encoded)

    data = []byte{'a'}
    encoded = Base58Encode(data)
    assert.Equal(t, []byte{'2', 'g'}, encoded)

    data = []byte{'1', 0x00}
    encoded = Base58Encode(data)
    assert.Equal(t, []byte{'4', 'j', 'H'}, encoded)
}

func TestBase58Decode(t *testing.T) {
    data := []byte{0x00, 0x00, 0x00}
    assert.Equal(t, data, Base58Decode(Base58Encode(data)))

    data = []byte{'a'}
    assert.Equal(t, data, Base58Decode(Base58Encode(data)))

    data = []byte{'1', 0x00}
    assert.Equal(t, data, Base58Decode(Base58Encode(data)))
}

總結(jié)

不管是Base64還是Base58苏章，都會(huì)造成信息的冗余寂嘉，使得需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增大，所以不會(huì)用在很大的數(shù)據(jù)上枫绅。

1. 使用Base64最普遍的是URL泉孩、郵件文本、圖片并淋；
2. 相比于Base64直接切割比特的方法（3個(gè)比特變?yōu)?個(gè)比特）寓搬，Base58采用的大數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換，效率更低县耽，所以使用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)更少句喷，例如上面提到的比特幣的地址的編碼曼尊。

參考文檔

1. https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/001431954588961d6b6f51000ca4279a3415ce14ed9d709000
2. http://www.reibang.com/p/e002931bb38b
3. https://github.com/Jeiwan/blockchain_go/blob/part_7/base58.go （這里的代碼有問(wèn)題）