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base64编码

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一,大家可以查看RFC2045~RFC2049,上面有MIME的详细规范。
Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节(3*8 = 4*6 = 24),然后把6Bit再添两位高位0,组成四个8Bit的字节,也就是说,转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。
我们来看一个例子:

转换前aaaaaabbccccddddeeffffff转换后00aaaaaa00bbcccc00ddddee00ffffff
上面的三个字节是原文,下面的四个字节是转换后的Base64编码,其前两位均为0。

转换后,我们用一个码表来得到我们想要的字符串(也就是最终的Base64编码),这个表是这样的:(摘自RFC2045)


                            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
          14 O            31 f            48 w         (pad) =
          15 P            32 g            49 x
          16 Q            33 h            50 y


让我们再来看一个实际的例子,加深印象!

转换前101011011011101001110110转换后00101011000110110010100100110110十进制43274154对应码表中的值rbp2

所以上面的24位编码,编码后的Base64值为 rbp2
解码同理,把 rbq2 的二进制位连接上再重组得到三个8位值,得出原码。
(解码只是编码的逆过程,在此我就不多说了,另外有关MIME的RFC还是有很多的,如果需要详细情况请自行查找。)

用更接近于编程的思维来说,编码的过程是这样的:

第一个字符通过右移2位获得第一个目标字符的Base64表位置,根据这个数值取到表上相应的字符,就是第一个目标字符。
然后将第一个字符左移4位加上第二个字符右移4位,即获得第二个目标字符。
再将第二个字符左移2位加上第三个字符右移6位,获得第三个目标字符。
最后取第三个字符的右6位即获得第四个目标字符。

在以上的每一个步骤之后,再把结果与 0x3F 进行 AND 位操作,就可以得到编码后的字符了。

原文的字节数量应该是3的倍数啊,如果这个条件不能满足的话,那该怎么办呢?

我们的解决办法是这样的:原文的字节不够的地方可以用全0来补足,转换时Base64编码用=号来代替。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因,但等号最多只有两个。因为:

余数 = 原文字节数 MOD 3

所以余数任何情况下都只可能是0,1,2这三个数中的一个。如果余数是0的话,就表示原文字节数正好是3的倍数(最理想的情况啦)。如果是1的话,为了让Base64编码是4的倍数,就要补2个等号;同理,如果是2的话,就要补1个等号
import java.io.*;
  
public class Base64 {
     private static char[] base64EncodeChars = new char[] {
         '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', '+', '/' };
  
     private static byte[] base64DecodeChars = new byte[] {
     -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,
     -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,
     -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 62, -1, -1, -1, 63,
     52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, -1, -1, -1, -1, -1, -1,
     -1,  0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14,
     15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, -1, -1, -1, -1, -1,
     -1, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,
     41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, -1, -1, -1, -1, -1 };
     //编码
     public static String encode(byte[] data) {
         StringBuffer sb = new StringBuffer();
         int len = data.length;
         int i = 0;
         int b1, b2, b3;
         while (i < len) {
             b1 = data[i++] & 0xff;
             if (i == len)
             {
                 sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
                 sb.append(base64EncodeChars[(b1 & 0x3) << 4]);
                 sb.append("==");
                 break;
             }
             b2 = data[i++] & 0xff;
             if (i == len)
             {
                 sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
                 sb.append(base64EncodeChars[((b1 & 0x03) << 4) | ((b2 & 0xf0) >>> 4)]);
                 sb.append(base64EncodeChars[(b2 & 0x0f) << 2]);
                 sb.append("=");
                 break;
             }
             b3 = data[i++] & 0xff;
             sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
             sb.append(base64EncodeChars[((b1 & 0x03) << 4) | ((b2 & 0xf0) >>> 4)]);
             sb.append(base64EncodeChars[((b2 & 0x0f) << 2) | ((b3 & 0xc0) >>> 6)]);
             sb.append(base64EncodeChars[b3 & 0x3f]);
         }
         return sb.toString();
     }
     //解码
     public static byte[] decode(String str) throws UnsupportedEncodingException {
         StringBuffer sb = new StringBuffer();
         byte[] data = str.getBytes("US-ASCII");
         int len = data.length;
         int i = 0;
         int b1, b2, b3, b4;
         while (i < len) {
             /* b1 */
             do {
                 b1 = base64DecodeChars[data[i++]];
             } while (i < len && b1 == -1);
             if (b1 == -1) break;
             /* b2 */
             do {
                 b2 = base64DecodeChars[data[i++]];
             } while (i < len && b2 == -1);
             if (b2 == -1) break;
             sb.append((char)((b1 << 2) | ((b2 & 0x30) >>> 4)));
             /* b3 */
             do {
                 b3 = data[i++];
                 if (b3 == 61) return sb.toString().getBytes("ISO-8859-1");
                 b3 = base64DecodeChars[b3];
             } while (i < len && b3 == -1);
             if (b3 == -1) break;
             sb.append((char)(((b2 & 0x0f) << 4) | ((b3 & 0x3c) >>> 2)));
             /* b4 */
             do {
                 b4 = data[i++];
                 if (b4 == 61) return sb.toString().getBytes("ISO-8859-1");
                 b4 = base64DecodeChars[b4];
             } while (i < len && b4 == -1);
             if (b4 == -1) break;
             sb.append((char)(((b3 & 0x03) << 6) | b4));
         }
         return sb.toString().getBytes("ISO-8859-1");
     }
     
     public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException{
      
      String str ="admin:162534";
      System.out.println(encode(str.getBytes()));
     // System.out.print(new String(decode("YWRtaW46MTIzNDU2")));
      
     }
 }

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