base64原理与实现-蒲公英云

1.base64

bse64是一种以64个可见字符集对二进制数据进行编码的编码算法。

1.1应用范围

base64常用于网络数据传输过程的编解码环节。HTTP环境下传递较长的标识信息。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了base64来将一个较长的一个标识符（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 [引用百度百科] 。
【1】电子邮件加密；
【2】数据加密；
【3】采用base64来规避反垃圾邮件工具，因为那些工具通常都不会翻译base64的讯息；
【4】图片、文件网络传输。

1.2编码表

bse64编码表是64个可见字符集。

1.3编码过程

base64编码，每3个8位明文数据为一组，取这3个字数据的ASCII码，然后以6位为一组组成4个新的数据。对于不足3字节的处理：
【1】不足三字节后面填充0；
【2】对于编码前的数据产生的6位，如果为0，则索引到的字符为‘A’；因不足3字节而填充的0，用’=’来替代，有点结束符的意思。

例如对“ABCD”进行base64编码：

对于不足6位的补零（图中浅红色的4位），索引为“A”；对于最后不足3字节，进行补零处理（图中红色部分），以“=”替代，因此，“ABCD”的base64编码为：“QUJDRA==”。

1.4解码过程

base64解码，即是base64编码的逆过程，如果理解了编过过程，解码过程也就容易理解。将base64编码数据根据编码表分别索引到编码值，然后每4个编码值一组组成一个24位的数据流，解码为3个字符。对于末尾位“=”的base64数据，最终取得的4字节数据，需要去掉“=”再进行转换。

解码过程可以参考上图，逆向理解：“QUJDRA==” ——>“ABCD”

2.实现

base64应用范围很广，因此很多编程语言的标准库都提供base64编解码库，如PHP、Python等，一般不需重复造轮子，但能够重复造一遍轮子，会理解更透彻。

（1） C语言版

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <stdio.h>
const char *base64_table="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"; /* base64编码表 */ 
static int num_strchr(const char *str, char c) 
{
    const char *p = strchr(str, c);
    if (NULL == p)
    {
        return -1;
    }
    return p - str;
}
uint32_t base64_get_dest_len(uint32_t src_len)
{
    return 4 * ((src_len+2)/3);  
}
uint32_t src_get_dest_len(uint32_t base64_len)
{
    return base64_len/4*3 - 2;  
}
int base64_encode(const char *src_str, uint32_t src_len, char *dest_str, uint32_t dest_len)  
{  
    uint32_t i,j,len;   
    len = base64_get_dest_len(src_len);
    if(dest_len < len)
    {/* 空间不足 */
        return -1;
    }
    for(i=0; i<src_len/3; i++)  
    {  
        *dest_str++ =base64_table[(src_str[0]>>2) & 0x3f]; /* 取第一字符前6bit */  
        *dest_str++ =base64_table[((src_str[0]<<4) & 0x30) | ((src_str[1]>>4) & 0x0f)]; /* 第一字符的后2bit与第二字符的前4位进行合并 */  
        *dest_str++ =base64_table[((src_str[1]<<2) & 0x3c) | ((src_str[2]>>6) & 0x03)]; /* 将第二字符的后4bit与第三字符的前2bit组合并 */ 
        *dest_str++ =base64_table[src_str[2] & 0x3f]; /* 取第三字符的后6bit */  
        src_str += 3;
    }  
    /* 非3的整数倍补“=” */
    if((src_len%3) == 1)  
    {
        *dest_str++ =base64_table[(src_str[0]>>2) & 0x3f];  
        *dest_str++ =base64_table[((src_str[0]<<4) & 0x30) | ((src_str[1]>>4) & 0x0f)]; 
        *dest_str++ ='=';  
        *dest_str++ ='=';  
       }
    else if((src_len%3) == 2)   
    {      
        *dest_str++ =base64_table[(src_str[0]>>2) & 0x3f];  
        *dest_str++ =base64_table[((src_str[0]<<4) & 0x30) | ((src_str[1]>>4) & 0x0f)]; 
        *dest_str++ =base64_table[(src_str[j+1]<<2) & 0x3c];
        *dest_str++ ='=';    
    }  
      *dest_str = '\0';  
    return 0;  
}
int base64_decode(const char *src_str, uint32_t src_len, char *dest_str, uint32_t dest_len)
{
    uint32_t i = 0;
    char buf[4] = {0};
    if (dest_len < src_get_dest_len(src_len))
    {
        return -1;
    }
    for (; (src_str[i]!='\0') && (i<src_len); i+=4)
    {
        /* 四个码译成三个字符 */
        buf[0] = num_strchr(base64_table, src_str[i]);
        buf[1] = num_strchr(base64_table, src_str[i+1]);
        *dest_str++ = ((buf[0] << 2) & 0xfc) | ((buf[1]>>4) & 0x03);
        if (src_str[i+2] == '=')
        {
            break;
        }
        buf[2] = num_strchr(base64_table, src_str[i + 2]);
        *dest_str++ = ((buf[1] << 4) & 0xf0) | ((buf[2] >> 2) & 0x0f);
        if (src_str[i + 3] == '=')
        {
            break;
        }
        buf[3] = num_strchr(base64_table, src_str[i + 3]);
        *dest_str++ = ((buf[2] << 6) & 0xc0) | (buf[3] & 0x3f);
    }
    *dest_str = '\0';
    return 0;
}
int main(int argc,char **argv)  
{  
    char *buf = NULL;
    uint32_t dest_len,src_len;
    if(argc < 3)
        return -1;
    if(strcmp(argv[1],"decode") == 0) 
    { 
        src_len = strlen(argv[2]);
        dest_len = src_get_dest_len(src_len);
        buf = (char*)malloc(dest_len);
        if(buf == NULL)
            return -1;
        base64_decode(argv[2], src_len, buf, dest_len);
        printf("base64 str:%s\n",argv[2]);   
        printf("base64_decode str:%s\n",buf);
    }
    else if(strcmp(argv[1],"encode") == 0) 
    {
        src_len = strlen(argv[2]);
        dest_len = base64_get_dest_len(src_len);
        buf = (char*)malloc(dest_len);
        if(buf == NULL)
            return -1;
        base64_encode(argv[2], src_len, buf, dest_len);
        printf("src str:%s\n",argv[2]);   
        printf("base64_encode str:%s\n",buf);   
    }
    free(buf);
     buf = NULL;
    return 0;  
}