Base64算法

古城微笑少年丶 2022-02-21 04:58 227阅读 0赞

# Base64 #

Base64是一种基于64个字符的编码算法，，根据RFC 2045的定义：“Base64内容传送编码是以一种任意8位字节序列组合的描述形式，这种形式不易被人直接识别"。经过Base64编码后的数据会比原始数据略长，为原来的4/3倍。字符串的字符数是以4位单位的整数倍。

# 实现原理 #

1.  将给定的字符串以字符为单位，转换为对应的字符编码(ASCII)
2.  将获得的字符编码转换为二进制码
3.  对获得的二进制编码做分组操作，每3个8位二进制码为一组，转换为每4个6位二进制码为一组(不足6位时低位补0)
4.  对获得的4-6二进制码补位，向6位二进制码添加2位高位0，组成4个8位二进制码
5.  将获得的4-8二进制码转换为十进制码
6.  将获得的十进制码转换为Base64字符表中对应的字符

# Base64字符映射表 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# ASCII码加密推导演示 #

字符          B
    ASCII码       66（不足24位）
    二进制码      01000010
    4-6二进制码   010000     100000 (不足低位补0)
    4-8二进制码   00010000   00100000 (高位补0)
    十进制码      16         32
    字符表映射码  Q          g      =    =  (不足4个的补=)

# UTF-8码介绍 #

UTF-8是一种变长字节编码方式。对于某一个字符的UTF-8编码，如果只有一个字节则其最高二进制位为0；如果是多字节，其第一个字节从最高位开始，连续的二进制位值为1的个数决定了其编码的位数，其余各字节均以10开头。UTF-8最多可用到6个字节。

如表(补位)： 
    1字节 0xxxxxxx 
    2字节 110xxxxx 10xxxxxx 
    3字节 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
    4字节 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
    5字节 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
    6字节 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

# UTF-8加密推导演示 #

字符          爱
    utf-8         %u7231
    二进制转换    0111(7)    0010(2)    0011(3)    0001(1)  //括号对应上面的utf-8码
    二进制码      (1110)0111 (10)001000 (10)110001  //括号里为填充码
    4-6二进制码   111001     111000     100010     110001
    4-8二进制码   00111001   00111000   00100010   00110001
    十进制码      57         56         34         49
    字符映射码    5          4          i          x

# Base64算法实现 #

Bouncy Castle和Commons Codec两大开源组件提供了一般Base64算法的实现。

**区别：**

1.  Bouncy Castle遵循的是一般Base64算法，也就是简单的根据字符映射表做了编码转换。
2.  Commons Codec遵循RFC 2045的相关定义，同时也支持一般Base64算法的实现。
3.  Commons Codec还提供了Base64算法的定制实现，可以自定义字符数和行末符号。
4.  Commons Codec还提供了输入输出流的实现

**Bouncy Castle代码演示：**

//jar包引入
    <dependency>
        <groupId>org.bouncycastle</groupId>
        <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
        <version>1.61</version>
    </dependency>
    
    //Castle工具类
    import org.bouncycastle.util.encoders.Base64;
    
    public class CastlesUtil { 
        //字符编码集
        public static final String ENCODING = "UTF-8";
    
        /** * 将字符串类型进行Base64编码 * @param data 明文 * @return 密文 * @throws Exception */
        public static String encode(String data) throws Exception { 
            //执行编码
            byte[] bytes = Base64.encode(data.getBytes(ENCODING));
            return new String(bytes,ENCODING);
        }
    
        /** * 解码 * @param data 密文 * @return 明文 * @throws Exception */
        public static String decode(String data) throws Exception { 
            //执行解码
            byte[] bytes = Base64.decode(data);
            return new String(bytes,ENCODING);
        }
    }
    
    //单元测试
    @Test
    public void test(){ 
        try { 
            //加密
            String str = "梵如花";
            System.out.println("原文："+str);
            str = CastlesUtil.encode(str);
            System.out.println("密文："+str);
            //解密
            System.out.println("解密："+CastlesUtil.decode(str));
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    //打印结果
    原文：梵如花
    密文：5qK15aaC6Iqx
    解密：梵如花

**Commons Codec代码演示：**

//引入jar包
    <dependency>
        <groupId>commons-codec</groupId>
        <artifactId>commons-codec</artifactId>
        <version>1.12</version>
    </dependency>
    
    //Commons工具类
    import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
    
    public class CommonsUntils { 
        //字符编码集
        public static final String ENCODING = "UTF-8";
    
        public static String encode(String data) throws Exception { 
            //执行编码
            byte[] bytes = Base64.encodeBase64(data.getBytes(ENCODING));
            return new String(bytes,ENCODING);
        }
    
        public static String encodeSafe(String data) throws Exception { 
            //执行编码
            byte[] bytes = Base64.encodeBase64(data.getBytes(ENCODING),true);
            return new String(bytes,ENCODING);
        }
    
        public static String decode(String data) throws Exception { 
            //执行解码
            byte[] bytes = Base64.decodeBase64(data);
            return new String(bytes,ENCODING);
        }
    }
    
    //单元测试
    @Test
    public void test(){ 
        try { 
            //加密
            String str = "梵如花是一个好的县令，没有错的哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈或或";
            System.out.println("原文："+str);
            str = CommonsUntils.encode(str);
            System.out.println("普通加密："+str);
            str = "梵如花是一个好的县令，没有错的哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈或或";
            str = CommonsUntils.encodeSafe(str);
            System.out.println("安全加密："+str);
    
            //解密
            System.out.println("解密："+CommonsUntils.decode(str));
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    //输出结果,注意的是，如果str比较短，则安全和非安全的输出结果是一致的
    原文：梵如花是一个好的县令，没有错的哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈或或
    普通加密：5qK15aaC6Iqx5piv5LiA5Liq5aW955qE5Y6/5Luk77yM5rKh5pyJ6ZSZ55qE5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5oiW5oiW
    安全加密：5qK15aaC6Iqx5piv5LiA5Liq5aW955qE5Y6/5Luk77yM5rKh5pyJ6ZSZ55qE5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI
    5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5oiW5oiW

# Url Base64算法 #

Bouncy Castle遵从了RFC 4648的建议，使用"."做填充符，构建定长Url Base64编码;

Commons Codec舍弃了填充符，使用不定长Url Base64编码。

byte[] byts = Base64.encode("梵如花是一个好的县令，没有错的哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈或或".getBytes("utf-8"));
    System.out.println("普通加密："+new String(byts,"utf-8"));
    byte[] bytes = UrlBase64.encode("梵如花是一个好的县令，没有错的哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈或或".getBytes("utf-8"));
    System.out.println("url："+new String(bytes,"utf-8"));
    
    //打印结果:
    普通加密：5qK15aaC6Iqx5piv5LiA5Liq5aW955qE5Y6/5Luk77yM5rKh5pyJ6ZSZ55qE5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5oiW5oiW
    url：5qK15aaC6Iqx5piv5LiA5Liq5aW955qE5Y6_5Luk77yM5rKh5pyJ6ZSZ55qE5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5ZOI5oiW5oiW

# 应用场景 #

Base64算法广泛应用于电子邮件传输，网络信息传输，以及密钥和证书文件的文本式保存。在数据保密要求强度不高的情况下，可以使用Base64算法做简单的数据加密。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220221/c030ab7e4fff4b45bc776bc9063edc92.png