BASE64編碼原理與Golang代碼調用

一.概念簡介

Base64是一種基於64個可打印字符來表示二進制數據的表示方法。由於2^6=64，所以每6個比特爲一個單元，對應某個可打印字符。3個字節有24個比特，對應於4個Base64單元，即3個字節可由4個可打印字符來表示。它可用來作爲電子郵件的傳輸編碼。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、數字0-9，這樣共有62個字符，此外兩個可打印符號在不同的系統中而不同。

Base64常用於在通常處理文本數據的場合，表示、傳輸、存儲一些二進制數據

二.代碼調用

在Golang中提供了代碼庫可以供我們直接調用，用於實現Base64的編碼與解碼，其提供了對兩種格式的數據進行編碼(與解碼)

const encodeStd = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"
const encodeURL = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789-_"

來自golang源碼base64.go

1.標準數據(encodeStd)

    msg := "Mac"
    //編碼
    base64EncodedString := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(msg))
    fmt.Println("Base64編碼後:", base64EncodedString)
    //解碼
    base64DecodedByte, err := base64.StdEncoding.DecodeString(base64EncodedString)
    if err != nil {
        log.Panic(err)
    }
    fmt.Println("Base64解碼後的字節數組:", base64DecodedByte)
    fmt.Println("Base64解碼後:", string(base64DecodedByte))

返回打印結果

Base64編碼後: TWFj
Base64解碼後的字節數組: [77 97 99]
Base64解碼後: Mac

2.URL數據(encodeURL)

msgUrl :="http://www.google.com"
    base64UrlEncodedString :=base64.URLEncoding.EncodeToString([]byte(msgUrl))
    fmt.Println("Base64編碼後:", base64UrlEncodedString)
    base64UrlDecodedByte,err := base64.URLEncoding.DecodeString(base64UrlEncodedString)
    if err !=nil {
        log.Panic(err)
    }
    fmt.Println("Base64解碼後的字節數組:", base64UrlDecodedByte)
    fmt.Println("Base64解碼後:", string(base64UrlDecodedByte))

返回打印結果

Base64編碼後: aHR0cDovL3d3dy5nb29nbGUuY29t
Base64解碼後的字節數組: [104 116 116 112 58 47 47 119 119 119 46 103 111 111 103 108 101 46 99 111 109]
Base64解碼後: http://www.google.com

三.編碼原理

1.將每個字符轉成ASCII編碼(10進制)

fmt.Println([]byte(msg)) //[77 97 99]

2.將10進制編碼轉成2進制編碼

fmt.Printf("%b",[]byte(msg)) 
//[1001101 1100001 1100011] 

補齊8位爲:

[01001101 01100001 01100011] 

3.將2進制編碼按照6位一組進行平分

010011 010110 000101 100011

4.轉成10進制數

010011 ==> 1x2^0 + 1x2^1 + 0 + 0 + 1x2^4 = 19

010110 ==> 0 + 1x2^1 + 1x2^2 + 0 + 1x2^4 = 22

000101 ==> 1x2^0 + 0 + 1 x 2^2 + 0 + 0 + 0 = 5

100011 ==> 1x2^0 + 1x2^1 + 0 + 0 + 0 + 1x2^5 = 35

5.將十進制數作爲索引，從Base64編碼表中查找字符

19 對應 T
22 對應 W
5  對應 F
35 對應 j (注意是小寫)

注意

• 若文本爲3個字符，則剛好編碼爲4個字符長度(3 8 = 4 6)
• 若文本爲2個字符，則編碼爲3個字符，尾部用一個"="補齊
• 若文本爲1個字符，則編碼爲2個字符，尾部用兩個"="補齊

四.Base58代碼實現

Base58是用於Bitcoin中使用的一種獨特的編碼方式，主要用於產生Bitcoin的錢包地址。

相比Base64，Base58不使用數字"0"，字母大寫"O"，字母大寫"I"，和字母小寫"l"，以及"+"和"/"符號。

設計Base58主要的目的是：

• 避免混淆。在某些字體下，數字0和字母大寫O，以及字母大寫I和字母小寫l會非常相似。
• 不使用"+"和"/"的原因是非字母或數字的字符串作爲帳號較難被接受。
• 沒有標點符號，通常不會被從中間分行。
• 大部分的軟件支持雙擊選擇整個字符串。

但是這個base58的計算量比base64的計算量多了很多。因爲58不是2的整數倍，需要不斷用除法去計算。

而且長度也比base64稍微多了一點。

附上golang的代碼實現

package main

import (
    "math/big"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    /*
    測試Base58
     */

    //1.原始數據
    data1 := []byte{10, 20, 30, 40, 50, 60}
    data1 = append([]byte{0},data1...) //前綴+數據
    fmt.Println("原始數據：",data1)
    //Base58編碼
    encode:=Base58Encode(data1)
    fmt.Println("Base58編碼後：",encode) //[]byte
    fmt.Println(string(encode))
    //Base58解碼
    decode:=Base58Decode(encode)
    fmt.Println("Base58解碼後：",decode)

    //測試數據
    data2:="wangergou"
    encode2:=Base58Encode([]byte(data2))
    fmt.Println(encode2)
    fmt.Println(string(encode2))

    decode2:=Base58Decode(encode2)
    fmt.Println(decode2)
    fmt.Println(string(decode2))
    fmt.Println(string(decode2[1:])) //wangergou
}

//base64

/*
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/
0(零)，O(大寫的o)，I(大寫的i)，l(小寫的L),+,/
 */

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

//字節數組轉Base58，加密
func Base58Encode(input []byte) []byte {
    var result [] byte
    x := big.NewInt(0).SetBytes(input)
    //fmt.Println("x:",x)
    base := big.NewInt(int64(len(b58Alphabet)))//58
    //fmt.Println("base:",base)
    zero := big.NewInt(0)
    mod := &big.Int{}
    for x.Cmp(zero) != 0 {
        x.DivMod(x, base, mod)
        //fmt.Println("x:",x,",mod:",mod) //0-57
        result = append(result, b58Alphabet[mod.Int64()])
        //fmt.Println("result:",string(result))
    }
    //將得到result中的數據進行反轉
    ReverseBytes(result)
    for b := range input { //遍歷input數組：index,value
        if b == 0x00 {
            result = append([]byte{b58Alphabet[0]}, result...)
        } else {
            break
        }
    }
    //1 result

    return result

}

//Base58轉字節數組，解密
func Base58Decode(input [] byte) []byte {
    result := big.NewInt(0)
    zeroBytes := 0
    for b := range input {
        if b == 0x00 {
            zeroBytes++
        }
    }
    fmt.Println("zeroBytes:",zeroBytes)
    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
}

//字節數組反轉
func ReverseBytes(data []byte) {
    for i, j := 0, len(data)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 {
        data[i], data[j] = data[j], data[i]
    }
}