出處：CSTC 作者：朱巖 時間：2004-1-30 8:43:0
注：本文原理爲作者轉載，具體地址不明，望原文作者諒解，但代碼實現部份全爲作者本人完成，代碼可以以任意方式使用
我打賭當你見到Base64這個詞的時候你會覺得在哪裏見過，因爲在你能夠上網看到這篇文章的時候你已經在後臺使用它了。如果您對二進制數有所瞭解，你就可以開始讀它了。
打開一封Email，查看其原始信息（您可以通過收取、導出該郵件用文本編輯器查看）。你會看到類似這樣的一個效果：
Date: Thu, 25 Dec 2003 06:33:07 +0800
From: "eSX?!" <[email protected]'>[email protected]'>[email protected]'>[email protected]>
Reply-To: [email protected]'>[email protected]'>[email protected]'>[email protected]
To: "snaix" <[email protected]'>[email protected]>
Subject:
X-mailer: Foxmail 5.0 beta2 [cn]
Mime-Version: 1.0
Content-Type: text/plain;
charset="gb2312"
Content-Transfer-Encoding: base64
xOO6w6OsU25haVgNCg0KoaGhodXiysfSu7j2QmFzZTY0tcSy4srU08q8/qOhDQoNCkJlc3QgV2lz aGVzIQ0KIAkJCQkNCqGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaEgICAgICAgICAgICAgICBlU1g/IQ0KoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoSAgICAgICAgICAgICAgIHNuYWl4QHllYWgubmV0DQqhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhICAgICAgICAgMjAwMy0xMi0yNQ0K
是否看到了“base64”標記？是否看到了標記下面的一行亂碼？也許你會恍然大悟，對！這就是Base64編碼。
什麼是Base64？
按照RFC2045的定義，Base64被定義爲：Base64內容傳送編碼被設計用來把任意序列的8位字節描述爲一種不易被人直接識別的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.）
爲什麼要使用Base64？
在設計這個編碼的時候，我想設計人員最主要考慮了3個問題：
1.是否加密？
2.加密算法複雜程度和效率
3.如何處理傳輸？
加密是肯定的，但是加密的目的不是讓用戶發送非常安全的Email。這種加密方式主要就是“防君子不防小人”。即達到一眼望去完全看不出內容即可。
基於這個目的加密算法的複雜程度和效率也就不能太大和太低。和上一個理由類似，MIME協議等用於發送Email的協議解決的是如何收發Email，而並不是如何安全的收發Email。因此算法的複雜程度要小，效率要高，否則因爲發送Email而大量佔用資源，路就有點走歪了。
但是，如果是基於以上兩點，那麼我們使用最簡單的愷撒法即可，爲什麼Base64看起來要比愷撒法複雜呢？這是因爲在Email的傳送過程中，由於歷史原因，Email只被允許傳送ASCII字符，即一個8位字節的低7位。因此，如果您發送了一封帶有非ASCII字符（即字節的最高位是1）的Email通過有“歷史問題”的網關時就可能會出現問題。網關可能會把最高位置爲0！很明顯，問題就這樣產生了！因此，爲了能夠正常的傳送Email，這個問題就必須考慮！所以，單單靠改變字母的位置的愷撒之類的方案也就不行了。關於這一點可以參考RFC2046。
基於以上的一些主要原因產生了Base64編碼。
算法詳解
Base64編碼要求把3個8位字節（3*8=24）轉化爲4個6位的字節（4*6=24），之後在6位的前面補兩個0，形成8位一個字節的形式。
具體轉化形式間下圖：
字符串“張3”
11010101 11000101 00110011
00110101 00011100 00010100 00110011
表1
可以這麼考慮：把8位的字節連成一串110101011100010100110011
然後每次順序選6個出來之後再把這6二進制數前面再添加兩個0，就成了一個新的字節。之後再選出6個來，再添加0，依此類推，直到24個二進制數全部被選完。
讓我們來看看實際結果：
字符串“張3”
11010101 HEX:D5 11000101 HEX:C5 00110011 HEX:33
00110101 00011100 00010100 00110011
字符’5’ 字符’^/’ 字符’^T’ 字符’3’
十進制53 十進制34 十進制20 十進制51
表2
這樣“張3 ”這個字符串就被Base64表示爲”5^/^T3”了麼？。錯！
Base64編碼方式並不是單純利用轉化完的內容進行編碼。像’^/’字符是控制字符，並不能通過計算機顯示出來，在某些場合就不能使用了。Base64有其自身的編碼表：
Table 1: The Base64 Alphabet
Value Encoding Value Encoding Value Encoding Value Encoding
0 A 17 R 34 i 51 z
1 B 18 S 35 j 52 0
2 C 19 T 36 k 53 1
3 D 20 U 37 l 54 2
4 E 21 V 38 m 55 3
5 F 22 W 39 n 56 4
6 G 23 X 40 o 57 5
7 H 24 Y 41 p 58 6
8 I 25 Z 42 q 59 7
9 J 26 a 43 r 60 8
10 K 27 b 44 s 61 9
11 L 28 c 45 t 62 +
12 M 29 d 46 u 63 /
13 N 30 e 47 v (pad) =
14 O 31 f 48 w
15 P 32 g 49 x
16 Q 33 h 50 y
表3
這也是Base64名稱的由來，而Base64編碼的結果不是根據算法把編碼變爲高兩位是0而低6爲代表數據，而是變爲了上表的形式，如”A”就有7位，而”a”就只有6位。表中，編碼的編號對應的是得出的新字節的十進制值。因此，從表2可以得到對應的Base64編碼：
字符串“張3”
11010101 HEX:D5 11000101 HEX:C5 00110011 HEX:33
00110101 00011100 00010100 00110011
字符’5’ 字符’^/’ 字符’^T’ 字符’3’
十進制53 十進制34 十進制20 十進制51
字符’1’ 字符’i’ 字符’U’ 字符’z’
表4
這樣，字符串“張3”經過編碼後就成了字符串“1iUz”了。
Base64將3個字節轉變爲4個字節，因此，編碼後的代碼量（以字節爲單位，下同）約比編碼前的代碼量多了1/3。之所以說是“約”，是因爲如果代碼量正好是3的整數倍，那麼自然是多了1/3。但如果不是呢？
細心的人可能已經注意到了，在The Base64 Alphabet中的最後一個有一個(pad) =字符。這個字符的目的就是用來處理這個問題的。
當代碼量不是3的整數倍時，代碼量/3的餘數自然就是2或者1。轉換的時候，結果不夠6位的用0來補上相應的位置，之後再在6位的前面補兩個0。轉換完空出的結果就用就用“=”來補位。譬如結果若最後餘下的爲2個字節的“張”：
字符串“張”
11010101 HEX:D5 11000101 HEX:C5
00110101 00011100 00010100
十進制53 十進制34 十進制20 pad
字符’1’ 字符’i’ 字符’U’ 字符’=’
表6
這樣，最後的2個字節被整理成了“1iU=”。
同理，若原代碼只剩下一個字節，那麼將會添加兩個“=”。只有這兩種情況，所以，Base64的編碼最多會在編碼結尾有兩個“=”
至於將Base64的解碼，只是一個簡單的編碼的逆過程，讀者可以自己探討。我將在文章的最後給出解碼算法。
算法實現
#include <stdio.h>
//base64編碼表
char base64_alphabet[]= {
'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P',
'Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','a','b','c','d','e','f',
'g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v',
'w','x','y','z','0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','+','/','='};
/**********************************************************
*函數名：Base64Decode
*功能：對base64編碼進行解碼
*入口參數：base64code:base64編碼序列指針 base64length:序列長度
*出口參數：解碼後的字節序列指針
*說明：用戶調用此函數以後必須將返回指針所對內存釋放,用delete
* 方法,base64length參數必須爲4的倍數
**********************************************************/
char* Base64Decode(char *base64code, unsigned int base64length){
char temp[4];
char *chtemp=temp;
char *buffertemp;
char *buffer;
char num=0;
buffer=new char[base64length/4*3+1];
buffertemp=buffer;
for(unsigned int i=0; i<base64length/4;i++){
chtemp=temp;
for(unsigned int m=0;m<4;m++){
if(((*base64code)>='a')&&((*base64code)<='z')){
*chtemp=(*base64code)-'a'+26;
}else if(((*base64code)>='A')&&((*base64code)<='Z')){
*chtemp=(*base64code)-'A';
}else if(((*base64code)>='0')&&((*base64code)<='9')){
*chtemp=(*base64code)-'0'+52;
}else if(*base64code=='/'){
*chtemp=63;
}else if(*base64code=='+'){
*chtemp=62;
}else{
*chtemp='=';
}
chtemp++;
base64code++;
}
*buffertemp++=(temp[0]<<2)+((temp[1]>>4));
*buffertemp++=(temp[1]<<4)+((temp[2]>>2));
*buffertemp++=(temp[2]<<6)+((temp[3]));
}
if(temp[2]=='=')
num++;
if(temp[3]=='=')
num++;
*(buffertemp-num)=0;
return buffer;
}
/**********************************************************
*函數名：Base64Encode
*功能：對給定字節序列進行base64編碼
*入口參數：base64code:要編碼的字節序列指針 base64length:要編碼
* 字節序列的長度
*出口參數：編碼後的字節序列指針
*說明：用戶調用此函數以後必須將返回指針所對內存釋放,用delete
* 方法
**********************************************************/
char* Base64Encode(char *base64code, unsigned int base64length){
char *buffer;
char *temp;
char base64_alphabet[65];
unsigned int i;
buffer=new char[base64length%3?(base64length/3*4+1):(base64length/3*4)+1];
temp=buffer;
//動態生成編碼表
for(i=0;i<65;i++){
if(i<26){
base64_alphabet[i]=i+'A';
}else if((i>=26)&&(i<52)){
base64_alphabet[i]=i-26+'a';
}else if((i>=52)&&(i<62)){
base64_alphabet[i]=i-52+'0';
}else if(i==62){
base64_alphabet[i]='+';
}else if(i==63){
base64_alphabet[i]='/';
}else{
base64_alphabet[i]='=';
}
}
for(i=0; i<base64length/3;i++){
*temp++=base64_alphabet[((*base64code)>>2)&0x3f];
*temp++=base64_alphabet[(((*base64code)<<4)&0x3F)+(((*(base64code+1))>>4)&0x0f)];
*temp++=base64_alphabet[(((*(base64code+1))<<2)&0x3F)+(((*(base64code+2))>>6)&0x03)];
*temp++=base64_alphabet[*(base64code+2)&0x3F];
base64code+=3;
}
if((base64length%3)==1){
*(temp-1)='=';
*(temp-2)='=';
}
if((base64length%3)==2){
*(temp-1)='=';
}
*temp=0;
return buffer;
}
根據這段算法，文章最開始給出的Email內容，可以解碼爲：
你好，SnaiX
這是一個Base64的測試郵件！
Best Wishes!
eSX?!
[email protected]
2003-12-25
本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/zouwulingde/archive/2009/05/04/4147692.aspx
