Base64的编码和解码

Base64的编码和解码

为什么要使用Base64？
在设计这个编码的时候，我想设计人员最主要考虑了3个问题：
1.是否加密？
2.加密算法复杂程度和效率
3.如何处理传输？
加密是肯定的，但是加密的目的不是让用户发送非常安全的Email。这种加密方式主要就是“防君子不防小人”。即达到一眼望去完全看不出内容即可。基于这个目的加密算法的复杂程度和效率也就不能太大和太低。和上一个理由类似，MIME协议等用于发送Email的协议解决的是如何收发Email，而并不 是如何安全的收发Email。因此算法的复杂程度要小，效率要高，否则因为发送Email而大量占用资源，路就有点走歪了。
但是，如果是基于以上两点，那么我们使用最简单的恺撒法即可，为什么Base64看起来要比恺撒法复杂呢？这是因为在Email的传送过程中，由于历史原 因，Email只被允许传送ASCII字符，即一个8位字节的低7位。因此，如果您发送了一封带有非ASCII字符（即字节的最高位是1）的Email通 过有“历史问题”的网关时就可能会出现问题。网关可能会把最高位置为0！很明显，问题就这样产生了！因此，为了能够正常的传送Email，这个问题就必须 考虑！所以，单单靠改变字母的位置的恺撒之类的方案也就不行了。关于这一点可以参考RFC2046。
基于以上的一些主要原因产生了Base64编码。

Base64采用了一种很简单的编码转换：对于待编码数据，以3个字节为单位，依次取6位数据并在前面补上两个0形成新的8位编码，由于3×8=4×6，这样3个字节的输入会变成4个字节的输出，长度上增加了1/3。上面的处理还不能保证得到的字符都是可见字符，为了达到此目的，Base64制定了一个编码表，进行统一的转换，见表11.1。码表的大小为2⁶=64，这也是Base64名称的由来。由于编码是以3个字节为单位，当剩下的字符数量不足3个字节时，则应使用0进行填充，相应地，输出字符则使用‘=’占位，因此编码后输出的文本末尾可能会出现1至2个‘=’。

表11.1 Base64编码表

值	编码	值	编码	值	编码	值	编码	值	编码	值	编码	值	编码	值	编码
0	A	8	I	16	Q	24	Y	32	g	40	o	48	w	56	4
1	B	9	J	17	R	25	Z	33	h	41	p	49	x	57	5
2	C	10	K	18	S	26	a	34	i	42	q	50	y	58	6
3	D	11	L	19	T	27	b	35	j	43	r	51	z	59	7
4	E	12	M	20	U	28	c	36	k	44	s	52	0	60	8
5	F	13	N	21	V	29	d	37	l	45	t	53	1	61	9
6	G	14	O	22	W	30	e	38	m	46	u	54	2	62	+
7	H	15	P	23	X	31	f	39	n	47	v	55	3	63	/

加密举例：

　　让我们再来看一个实际的例子，加深印象！

　　转换前 10101101 10111010 01110110

　　转换后 00101011 00011011 00101001 00110110

　　十进制 43 27 41 54

　　对应码表中的值 r b p 2

　　所以上面的24位编码，编码后的Base64值为 rbp2

　　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位或上第二个字符右移4位，即获得第二个目标字符。

　　再将第二个字符左移2位或上第三个字符右移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。

　　若是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3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。

解密举例：

假设转换后对应base64编码表的字符为：

对应码表中的值 r b p 2 ，将其转化为bsae64表中的位置，比如r在base64的43号位置，那么转化后为 00101011，则有：

转换后： 00101011 00011011 00101001 00110110

变为原始数据：10101101 10111010 01110110

编码的过程是这样的：

先将源字符串转化为bsae64表中对应的位置；

第一个字符通过左移2位 或上第二个字符右移4位得到第一个目标字符；

第二个字符通过左移4位 或上第三个字符右移2位得到第二个目标字符；

第三个字符通过左移6位 或上第四个字符得到第三个目标字符；

每次四个字符转化为3个目标字节，如果源字符串的长度不等于4的倍数，可以考虑告知用户直接结束程序或者强制转换，剩下不足的则不为0；

/*

* base64_encode & decode

*/

#include

#include

#include

char base64_map[65] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

char base64_decode_map[256] = {

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 62, 255, 255, 255, 63, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 255, 255,

255, 0, 255, 255, 255, 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, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 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, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255};

unsigned char test[100]= "493712874";

unsigned char test1[100]= "gdfgd";

unsigned char encode[100], decode[100];

void base64_encode(const char *src, int src_len, char *dst)

{

int i = 0, j = 0;

for (i; (src_len - i) / 3; i += 3) {

dst[j++] = base64_map[(src[i] >> 2) & 0x3f];

dst[j++] = base64_map[((src[i] << 4) | (src[i + 1] >> 4)) & 0x3f];

dst[j++] = base64_map[((src[i + 1] << 2) | (src[i + 2] >> 6 )) & 0x3f];

dst[j++] = base64_map[src[i + 2] & 0x3f];

}

/*不足3的倍数*/

if (src_len % 3 == 1) {

dst[j++] = base64_map[(src[i] >> 2) & 0x3f];

dst[j++] = base64_map[(src[i] << 4) & 0x3f];

dst[j++] = '=';

dst[j++] = '=';

}

else if (src_len % 3 == 2) {

dst[j++] = base64_map[(src[i] >> 2) & 0x3f];

dst[j++] = base64_map[((src[i] << 4) | (src[i + 1] >> 4)) & 0x3f];

dst[j++] = base64_map[(src[i + 1] << 2) & 0x3f];

dst[j++] = '=';

}

dst[j] = '\0';

}

//若是不是4的倍数，强制解码？

void base64_decode(const char *src, int src_len, char *dst)

{

int i = 0, j = 0;

if(src_len % 4 != 0)

{

printf("sound code is not four time\n");

exit(1);

}

for (i; (src_len - i) / 4; i += 4) {

dst[j++] = base64_decode_map[src[i]] << 2 | \

base64_decode_map[src[i + 1]] >> 4;

dst[j++] = base64_decode_map[src[i + 1]] << 4 | \

base64_decode_map[src[i + 2]] >> 2;

dst[j++] = base64_decode_map[src[i + 2]] << 6 | \

base64_decode_map[src[i + 3]];

}

dst[j] = '\0';

}

int main(void)

{

printf("%s\n",test);

base64_encode(test, strlen(test), encode);

printf("%s\n",encode);

printf("%s\n",test1);

base64_encode(test1, strlen(test1), encode);

printf("%s\n",encode);

base64_decode(encode, strlen(encode), decode);

printf("%s\n",decode);

return 0;

}

参考文献：

【1】http://blog.chinaunix.net/u/15780/showart_43620Array.html

【2】http://blog.csdn.net/wangjj_016/article/details/2794245

【3】