字符編碼之Base64

博學，切問，近思--詹子知(http://blog.csdn.net/zhiqiangzhan) 

1.什麼是Base64.

Base64是網絡上最常見的用於傳輸8Bit字節代碼的編碼方式之一，大家可以查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的詳細規範。

它採用64個可見的基本字符去傳輸所有信息，因此即使被不同的編碼顛來倒去的編碼解碼也不會造成數據丟失。

索引	對應字符	索引	對應字符	索引	對應字符	索引	對應字符
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
14	O	31	f	48	w
15	P	32	g	49	x
16	Q	33	h	50	y

 

2.Base64的優勢。

1. 編碼解碼速度快。
2. 具有一定的加密效果。
3. 實現簡單。
4. 編碼解碼速度快。

3.實現原理。

Base64要求把每三個8Bit的字節轉換爲四個6Bit的字節（3*8 = 4*6 = 24），然後把6Bit再添兩位高位0，組成四個8Bit的字節，因此, 轉換後的字節一定會落在區間[0-64)當中，故此可以找到對應基本字符表示此字節，轉換後的字符串理論上將要比原來的長1/3。

我們來看一個例子。

轉換前：10101111 01101011 11001101
轉換後：00101011 00110110 00101111 00001101

 

 

編碼轉換規則：

1. 用指定的編碼對字符串進行解碼,得到解碼後的字節數組。
2. 按照規則把每3個字節轉換爲4個Base64基本字符。
3. 處理最後的字節
   • 剩餘的字節爲0，編碼轉換結束。
   • 剩餘的字節爲1，把當前字節按照規則轉換爲Base64前兩個字符，後面兩位用'='補齊，編碼轉換結束。
   • 剩餘的字節爲1，把當前字節按照規則轉換爲Base64前三個字符，最後一位用'='補齊，編碼轉換結束。
4. 得到編碼後的Base64 String。

解碼轉換規則：

1. 準備好需要解碼的Base64 String。
2. 每4個一組，轉換爲對應的3個字節。
3. 處理最後剩餘的字符。
4. 得到解碼後的字節數組。

 

4.通用的編碼傳輸解決方案。

1. 使用UTF-8對需要傳輸的String進行編碼，得到編碼後的字節數組。
2. 用Base64對字節數組進行編碼，得到Base64 String。
3. 傳輸編碼後的Base64 String。
4. 接收到傳輸到字節數組， 如果是字節數組，用本地編碼對其進行解碼即可，得到Base64 String。
5. 用Base64對 Base64 String 進行解碼，得到字節數組。
6. 用UTF-8對字節數組進行解碼，得到最終被傳輸的String。

5.Java 實現。

 public class Base64 { /** The 64 valid Base64 characters */ private final static 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', '+', '/' }; /** The BASE64 suffix code */ private static final byte SUFFIX_CODE = '='; private Base64() { } /** * Encode a byte array into BASE64 string. * * @param a the source byte array * @return BASE64 string */ public static String encode(byte[] a) { int length = a.length; int numOfGroups = length / 3; int remainingBytes = length - numOfGroups * 3; int resultLength = 4 * ((length + 2) / 3); char[] result = new char[resultLength]; int srcIndex = 0, dstIndex = 0; for (int i = 0; i < numOfGroups; i++) { int byte0 = a[srcIndex++] & 0xff; int byte1 = a[srcIndex++] & 0xff; int byte2 = a[srcIndex++] & 0xff; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[byte0 >> 2]; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[(byte0 << 4) & 0x30 | (byte1 >> 4)]; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[(byte1 << 2) & 0x3c | (byte2 >> 6)]; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[byte2 & 0x3f]; } // Process the remaining bytes if (remainingBytes > 0) { int byte0 = a[srcIndex++] & 0xff; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[byte0 >> 2]; if (remainingBytes == 1) { result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[(byte0 << 4) & 0x30]; result[dstIndex++] = SUFFIX_CODE; result[dstIndex++] = SUFFIX_CODE; } else { // remainingBytes == 2; int byte1 = a[srcIndex++] & 0xff; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[(byte0 << 4) & 0x30 | (byte1 >> 4)]; result[dstIndex++] = BASE64_ALPHABET[(byte1 << 2) & 0x3f]; result[dstIndex++] = SUFFIX_CODE; } } return new String(result); } /** * Decode a BASE64 string into byte array. * * @param s BASE64 string * @return the original byte array */ public static byte[] decode(String s) { if (s == null || s.length() == 0) { return null; } int length = s.length(); // length must be a multiple of 4 if (length % 4 != 0) { throw new IllegalArgumentException("String length must be a multiple of four."); } int numOfGroups = length / 4; int numOfFullGroups = numOfGroups; int numOfPaddings = 0; if (s.charAt(length - 1) == SUFFIX_CODE) { numOfPaddings++; numOfFullGroups--; if (s.charAt(length - 2) == SUFFIX_CODE) { numOfPaddings++; } } byte[] result = new byte[3 * numOfGroups - numOfPaddings]; int srcIndex = 0, dstIndex = 0; for (int i = 0; i < numOfFullGroups; i++) { int ch0 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); int ch1 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); int ch2 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); int ch3 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); result[dstIndex++] = (byte)((ch0 << 2) | (ch1 >> 4)); result[dstIndex++] = (byte)((ch1 << 4) | (ch2 >> 2)); result[dstIndex++] = (byte)((ch2 << 6) | ch3); } if (numOfPaddings != 0) { int ch0 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); int ch1 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); result[dstIndex++] = (byte)((ch0 << 2) | (ch1 >> 4)); if (numOfPaddings == 1) { int ch2 = getCharIndex(s.charAt(srcIndex++)); result[dstIndex++] = (byte)((ch1 << 4) | (ch2 >> 2)); } } return result; } /** * Get the index of the character in the BASE64_ALPHABET array. * * @param c * @return */ private static int getCharIndex(char c) { if (c >= 'A' && c <= 'Z') { // A-Z: 65-90 return (int) c - 65; } else if (c >= 'a' && c <= 'z') { // a-z: 97-122 return (int) c - 71; } else if (c >= '0' && c <= '9') {// 0-9: 48-57 return (int) c + 4; } else if (c == '+') { return 62; } else if (c == '/') { return 63; } throw new IllegalArgumentException("Character " + c + " is not a BASE64 char"); } public static void main(String[] args) { String buf = encode("中國加油".getBytes()); System.out.println(buf); byte[] result = decode(buf); System.out.println(new String(result)); } }