前言

對網(wǎng)絡(luò)通信有所了解的同學(xué)盯仪，應(yīng)該都聽過 Base64 編碼紊搪。例如，我們一段數(shù)據(jù)通過 MD5 磨总、SHA 等手段加密后嗦明，經(jīng)過 Base64 編碼為字符串就可以很方便地在網(wǎng)路上傳輸。那么 Base64 也算是一種加密算法嗎蚪燕？
在這篇文章里娶牌，我將帶你理解 Base64 的基本原理 & 實(shí)現(xiàn)。如果能幫上忙馆纳，請務(wù)必點(diǎn)贊加關(guān)注诗良，這真的對我非常重要。

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1. 基本原理

Base64是一種將二進(jìn)制流表示為 64 個字符的編碼方式睛蛛。標(biāo)準(zhǔn)的 Base64 使用的索引表為：

標(biāo)準(zhǔn)的 Base64 索引表 —— 引用自維基百科

舉個例子鹦马，字符串"Base64 編碼"經(jīng)過編碼后的結(jié)果為：QmFzZTY0IOe8lueggQ==胧谈。當(dāng)然，這里隱含了以UTF-8作為字符編碼的前提荸频，如果使用了其他的字符編碼方式菱肖，用Base64編碼后就不是這個結(jié)果了。很多在線編解碼的網(wǎng)站其實(shí)也是默認(rèn)使用了UTF-8旭从，但是沒有明確說明稳强。

1.1 標(biāo)準(zhǔn) Base64 編碼步驟

下面解釋一下Base64的編碼步驟：

步驟1：數(shù)據(jù)輸入
在這一步驟，需要將原數(shù)據(jù)（字符串遇绞、圖片键袱、音頻等任何數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流。例如前面舉的字符串的例子摹闽，則需要經(jīng)過字符編碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流蹄咖。
步驟2：分組轉(zhuǎn)換
- 從二進(jìn)制流頭部開始，每 6 位為一組付鹿，若不足 6 位澜汤，則低位補(bǔ)0
- 每 6 位組成一個新的字節(jié)，高位 2 位補(bǔ) 0 舵匾，此時已經(jīng)獲得二進(jìn)制的Base64編碼
步驟3：轉(zhuǎn)換為字符串
將二進(jìn)制的Base64編碼每個字節(jié)映射為一個字符俊抵，例如0000 0000映射為 A，0011 1111映射為/坐梯，此時已經(jīng)獲得Base64編碼字符串
步驟4：末尾補(bǔ)位
標(biāo)準(zhǔn)Base64編碼字符串的長度為 4 的倍數(shù)徽诲，否則，在末尾補(bǔ)充=吵血。例如前面的QmFzZTY0IOe8lueggQ==長度就是補(bǔ)充了兩個=后谎替，長度為 20。

整個編碼步驟并不復(fù)雜蹋辅，我們用一張示意圖表示為：

Base64編碼示意圖

1.2 非標(biāo)準(zhǔn) Base64

Url Base 64
標(biāo)準(zhǔn)Base 64中使用了'/'钱贯，這在URL和文件系統(tǒng)中存在沖突，因此延伸出 Url Base64 算法侦另，主要就是將'+'和'/'符號替換成了'-'和'_'符號秩命。
MIME Base 64
這是一種MIME友好格式，它輸出每行為 76 個字符褒傅，每行末需追加回車換行符\r\n弃锐，不論每行是否夠 76 個字符，都要添加一個回車換行符

1.3 意義

Base64能夠?qū)⑷魏螖?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易移植的字符串殿托，避免了傳輸過程中失真問題霹菊。最初，Base64是為了解決電子郵件中無法直接使用非ASCII字符的問題碌尔。一段數(shù)據(jù)先經(jīng)過Base64編碼為ASCII字符串后浇辜，可以在接收端，通過Base64解碼還原為原數(shù)據(jù)后唾戚，而無需擔(dān)心傳輸過程中失真柳洋。

很多時候，我們都將Base64編碼作為數(shù)據(jù)加密后的傳輸 / 存儲格式叹坦。例如熊镣，一段明文數(shù)據(jù)通過MD5 、SHA等手段加密后募书，經(jīng)過Base64編碼為字符串绪囱，就可以很方便地進(jìn)行傳輸 & 存儲。再比如莹捡，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字證書其實(shí)也是使用Base64編碼的形式傳輸?shù)墓沓常覀兛梢栽跒g覽器上查看百度官網(wǎng)的數(shù)字證書：

查看百度官網(wǎng)的數(shù)字證書

將證書保存到本地

證書以 Base64 編碼格式存儲

需要注意的是，Base64并不是一種加密方式篮赢，明文使用Base64編碼后的字符串通過索引表可以直接還原為明文齿椅。因此，Base64只能作為一種數(shù)據(jù)的存儲格式启泣。

2. 算法實(shí)現(xiàn)

2.1 Java 環(huán)境

在Java 8之前涣脚，JDK中并沒有提供Base64的算法實(shí)現(xiàn)，這其實(shí)挺讓人納悶的寥茫。雖然源碼中sun.misc.BASE64Encoder遣蚀，但是它其實(shí)并不是公有 API，而是 sun 團(tuán)隊(duì)內(nèi)部使用的 API纱耻，最好不要在生產(chǎn)中使用芭梯。從Java 8，JDK 總算是補(bǔ)充了Base64的實(shí)現(xiàn)膝迎，例如：

import java.util.Base64;

標(biāo)準(zhǔn) Base 64
System.out.println(Base64.getEncoder().encodeToString("".getBytes()));

Url Base 64
System.out.println(Base64.getUrlEncoder().encodeToString("".getBytes()));

MIME Base 64
System.out.println(Base64.getMimeEncoder().encodeToString("".getBytes()));

在Java 8之前粥帚，Bouncy Castle和Apache也提供了Base64的算法實(shí)現(xiàn)。

2.2 Android環(huán)境

Android SDK提供了Base64的算法實(shí)現(xiàn)限次，例如：

import android.util.Base64;

System.out.println(Base64.encodeToString("".getBytes(),Base64.DEFAULT));

相對于Java 8的算法實(shí)現(xiàn)芒涡，Android提供的 API 更為靈活，可以通過flag自定義控制算法的輸出卖漫。

3. 總結(jié)

Base 64能夠?qū)⑷魏螖?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易移植的字符串费尽，避免了傳輸過程中失真問題。
需要注意的是羊始，Base 64不是一種加密方式旱幼，只是一種編碼方式。很多時候突委，我們都將Base64編碼作為數(shù)據(jù)加密后的傳輸 / 存儲格式

參考資料

《Java加密與解密的藝術(shù)》（第5章） —— 梁棟著
《HTTP權(quán)威指南》 —— [美] David Gourley柏卤，Brian Totty等著
《Base64》 —— 維基百科

密碼學(xué) | 廬山真面！你認(rèn)為 Base64 是加密算法嗎挎袜？

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