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矛与盾的较量(4)——奇妙的Base64编码

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各位看官应该都是资深的网虫了,小弟斗胆在此问问大家,平时上网时,除了泡MM、到论坛灌水、扔版砖……之外,进行的最多的是什么活动?对了,你一定会说:是收发电子邮件!(谁敢说自己没收/发过电子邮件的?拉出去枪毙了!!)

收 /发E-mail的时候有一个安全性的问题——假想一下,你花了一整天时间给系花写的情书,在发送的过程中被隔壁宿舍张三那小子截获了(难道他是黑 客??),更糟的是他是你的情敌啊……天,后果不堪设想!!因此,我们必须有一种比较可靠的加密方法,能够对电子邮件的明文进行转换,至少要得出一个无法 被别人一眼就看出内容来的东西,而且编码/解码的速度还要足够快。(这时你可以再假想一下啦,张三那家伙截获了你的肉麻情书,可是他一看:“咦?怎么乱七 八糟的?垃圾邮件!!”——这样一来你不就逃过大难了?!)

Base64就是在这种背景下产生的加密方法。它的特点是:1、速度非常快。2、能够将字符串A转换成字符串B,而且如果你光看字符串B,是绝对猜不出字符串A的内容来的。不信吗?让我们来看看下面这串东西:

xOO6w6Osu7bTrbniwdnAz8LetcTnzbfXzOy12KOh

呵呵,是什么啊?猜出来了吗?其实它就是下面这段文字经过Base64编码产生的东东:

你好,欢迎光临老罗的缤纷天地!

介绍说完啦,让我们开始探讨实质性的东西。

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。

这样说会不会太抽象了?不怕,我们来看一个例子:

转换前 aaaaaabb ccccdddd eeffffff
转换后 00aaaaaa 00bbcccc 00ddddee 00ffffff

应该很清楚了吧?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 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
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。

(感谢 Athena 指出以上描述中原有的一些错误!^_^)

So easy! That’s all!!!

可是等等……聪明的你可能会问到,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。

讲到这里,大伙儿应该全明白了吧?如果还有不清楚的话就返回去再仔细看看,其实不难理解的。

下面我给出一个演示Base64编码/解码的程序,希望能对您有用。同时也希望您帮我完善它,利用它做出更多的用途,到时别忘了通知我一声啊!(我现在太忙了)


DLL的源代码:Base64Dll.asm

;***********************************************
;程序名称:演示Base64编码/解码原理
;作者:罗聪
;日期:2002-9-14
;出处:http://laoluoc.yeah.net(老罗的缤纷天地)
;注意事项:如欲转载,请保持本程序的完整,并注明:
;转载自“老罗的缤纷天地”(http://laoluoc.yeah.net)
;***********************************************

.386
.model flat, stdcall
option casemap:none

include "masm32"include"windows.inc
include "masm32"include"kernel32.inc
include "masm32"include"user32.inc
includelib "masm32"lib"kernel32.lib
includelib "masm32"lib"user32.lib

DllEntry        proto :HINSTANCE, :DWORD, :DWORD
Base64Encode    proto :DWORD, :DWORD
Base64Decode    proto :DWORD, :DWORD

.data
;Base64 -> ASCII mapping table
base64_alphabet     db    "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/="

;ASCII -> Base64 mapping table
base64table         db 43 dup (255)
                    db 62,255,255,255,63,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,255
                    db 255,255,0,255,255,255,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13
                    db 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,255,255,255,255
                    db 255,255,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38
                    db 39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51
                    db 132 dup (255)

.code
DllEntry    proc    hInst: HINSTANCE, reason: DWORD, reserved1: DWORD
    mov eax, TRUE
    ret
DllEntry    endp


;**********************************************************
;函数功能:进行Base64编码
;参数:
;    source          =    传入的字符串
;    destination     =    返回的编码
;**********************************************************
Base64Encode    proc    uses ebx edi esi source:DWORD, destination:DWORD
    LOCAL    sourcelen:DWORD

    invoke lstrlen, source
    mov sourcelen, eax

    mov  esi, source
    mov  edi, destination
@@base64loop:
    xor eax, eax
    .if sourcelen == 1
        lodsb                        ;source ptr + 1
        mov ecx, 2                   ;bytes to output = 2
        mov edx, 03D3Dh              ;padding = 2 byte
        dec sourcelen                ;length - 1
    .elseif sourcelen == 2
        lodsw                        ;source ptr + 2
        mov ecx, 3                   ;bytes to output = 3
        mov edx, 03Dh                ;padding = 1 byte
        sub sourcelen, 2             ;length - 2
    .else
        lodsd
        mov ecx, 4                   ;bytes to output = 4
        xor edx, edx                 ;padding = 0 byte
        dec esi                      ;source ptr + 3 (+4-1)
        sub sourcelen, 3             ;length - 3
    .endif

    xchg al,ah                       ;flip eax completely
    rol  eax, 16                     ;can this be done faster
    xchg al,ah

    @@:
    push  eax
    and   eax, 0FC000000h            ;get the last 6 high bits
    rol   eax, 6                     ;rotate them into al
    mov   al,  byte ptr [offset base64_alphabet + eax]        ;get encode character
    stosb                            ;write to destination
    pop   eax
    shl   eax, 6                     ;shift left 6 bits
    dec   ecx
    jnz   @B                         ;loop

    cmp   sourcelen, 0
    jnz   @@base64loop               ;main loop

    mov   eax, edx                   ;add padding and null terminate
    stosd

    ret
Base64Encode    endp


;**********************************************************
;函数功能:进行Base64解码
;参数:
;    source          =    传入的编码
;    destination     =    返回的字符串
;**********************************************************
Base64Decode    proc    uses ebx edi esi source:DWORD, destination:DWORD
    LOCAL    sourcelen:DWORD

    invoke lstrlen, source
    mov sourcelen, eax
    
    mov    esi, source             ;esi <- source
    mov    edi, destination        ;edi <- destination
    mov    ecx, sourcelen
    shr    ecx, 2
    cld
    
    ;-------------[decoding part]---------------
    
@@outer_loop:
    push   ecx
    mov    ecx, 4
    xor    ebx, ebx
    lodsd
@@inner_loop:
    push   eax
    and    eax, 0ffh
    mov    al, byte ptr [offset base64table + eax]
    cmp    al, 255
    je     @@invalid_char
    shl    ebx, 6
    or     bl, al
    pop    eax
    shr    eax, 8
    dec    ecx
    jnz    @@inner_loop
    mov    eax, ebx
    shl    eax, 8
    xchg   ah, al
    ror    eax, 16
    xchg   ah, al
    stosd
    dec    edi
    pop    ecx
    dec    ecx
    jnz    @@outer_loop
    xor    eax, eax
    jmp    @@decode_done
    
    ;-------------------------------------------
    
@@invalid_char:
    mov    eax, -1
@@decode_done:
    ret
Base64Decode ENDP


end DllEntry
;********************    over    ********************
;by LC





测试程序:base64.asm

;***********************************************
;程序名称:演示Base64编码/解码原理
;作者:罗聪
;日期:2002-9-14
;出处:http://laoluoc.yeah.net(老罗的缤纷天地)
;注意事项:如欲转载,请保持本程序的完整,并注明:
;转载自“老罗的缤纷天地”(http://laoluoc.yeah.net)
;***********************************************

.386
.model flat, stdcall
option casemap:none

include "masm32"include"windows.inc
include "masm32"include"kernel32.inc
include "masm32"include"user32.inc
include Base64Dll.inc
includelib "masm32"lib"kernel32.lib
includelib "masm32"lib"user32.lib
includelib Base64Dll.lib

WndProc            proto :DWORD, :DWORD, :DWORD, :DWORD

.const
IDC_BUTTON_ENCODE    equ    3000
IDC_BUTTON_DECODE    equ    3001
IDC_EDIT_INPUT       equ    3002
MAXSIZE              equ    260

.data
szDlgName            db    "lc_dialog", 0
szCaption            db    "BASE64 demo by LC", 0
szBuffer             db    255 dup(0)
szText               db    340 dup(0)
szMsg                db    450 dup(0)
szTemplate_Encode    db    "字符串 ""%s"" 的Base64编码是:", 13, 10, 13, 10, "%s", 0
szTemplate_Decode    db    "编码 ""%s"" 经过Base64还原后的字符串是:", 13, 10, 13, 10, "%s", 0

.code
main:
    invoke GetModuleHandle, NULL
    invoke DialogBoxParam, eax, offset szDlgName, 0, WndProc, 0
    invoke ExitProcess, eax

WndProc proc uses edi hWnd:HWND, uMsg:UINT, wParam:WPARAM, lParam:LPARAM
    LOCAL hEdit: HWND

    .if uMsg == WM_CLOSE
        invoke EndDialog, hWnd, 0
        
    .elseif uMsg == WM_COMMAND
        mov eax, wParam
        mov edx, eax
        shr edx, 16
        movzx eax, ax
        .if edx == BN_CLICKED
            .if eax == IDCANCEL
                invoke EndDialog, hWnd, NULL
    
            .elseif eax == IDC_BUTTON_ENCODE || eax == IDOK
                ;取得用户输入的字符串:
                invoke GetDlgItemText, hWnd, IDC_EDIT_INPUT, addr szBuffer, 255

                ;进行 ASCII->Base64 转换:
                invoke Base64Encode, addr szBuffer, addr szText

                ;格式化输出:
                invoke wsprintf, addr szMsg, addr szTemplate_Encode, addr szBuffer, addr szText

                ;显示结果:
                invoke MessageBox, hWnd, addr szMsg, addr szCaption, MB_OK

            .elseif eax == IDC_BUTTON_DECODE
                ;取得用户输入的字符串:
                invoke GetDlgItemText, hWnd, IDC_EDIT_INPUT, addr szBuffer, 255

                ;进行 Base64->ASCII 转换:
                invoke Base64Decode, addr szBuffer, addr szText

                ;格式化输出:
                invoke wsprintf, addr szMsg, addr szTemplate_Decode, addr szBuffer, addr szText

                ;显示结果:
                invoke MessageBox, hWnd, addr szMsg, addr szCaption, MB_OK
            .endif

            ;全选edit里面的内容:
            invoke GetDlgItem, hWnd, IDC_EDIT_INPUT
            invoke SendMessage, eax, EM_SETSEL, 0, -1

        .endif
    .else
        mov eax, FALSE
        ret
    .endif
    mov eax, TRUE
    ret
WndProc endp

end main
;********************    over    ********************
;by LC





测试程序的资源文件:base64.rc

#include "resource.h"

#define IDC_BUTTON_ENCODE    3000
#define IDC_BUTTON_DECODE    3001
#define IDC_EDIT_INPUT       3002
#define IDC_STATIC           -1

LC_DIALOG DIALOGEX 10, 10, 195, 60
STYLE DS_SETFONT | DS_CENTER | WS_MINIMIZEBOX | WS_VISIBLE | WS_CAPTION |
    WS_SYSMENU
CAPTION "Base64 demo by LC"
FONT 9, "宋体", 0, 0, 0x0
BEGIN
    LTEXT           "请输入字符串:", IDC_STATIC, 11, 7, 130, 10
    EDITTEXT        IDC_EDIT_INPUT, 11, 20, 173, 12, ES_AUTOHSCROLL
    DEFPUSHBUTTON   "编码(&E)", IDC_BUTTON_ENCODE, 38, 39, 52, 15
    PUSHBUTTON      "解码(&D)", IDC_BUTTON_DECODE, 104, 39, 52, 15
END


如果你发现了有bug,一定要告诉我啊,并请来信讨论!lcother@163.net

最后给大家留下一个小小的习题,你知道下面这串Base64编码的原文是什么吗?  :)
0LvQu8T6xM3XxdDU19O/tM3qztK1xEJhc2U2NL3Ms8yjoSCjuqOp
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    内容概要:本文详细介绍了金-氟化镁-金(MIM)结构在超表面全息领域的应用及其高效性能。首先探讨了MIM结构中磁偶极子模式的优势,特别是其低辐射损耗的特点。接着讨论了几何相位的应用,展示了纳米柱旋转角度与相位延迟之间的线性关系,并解决了相位误差的问题。随后介绍了改进的GS算法,提高了迭代收敛速度。最后,通过FDTD仿真验证了MIM结构的高效率,提供了详细的仿真参数设置和优化技巧。 适合人群:从事超表面研究、光学工程、纳米技术和FDTD仿真的研究人员和技术人员。 使用场景及目标:适用于希望深入了解MIM结构在超表面全息中的应用,以及希望通过FDTD仿真进行相关研究的专业人士。目标是提高超表面全息的转换效率,探索新的应用场景如涡旋光生成和偏振加密全息。 其他说明:文中提供了大量具体的代码片段和参数设置,帮助读者更好地理解和复现实验结果。此外,还提到了一些常见的仿真陷阱和解决方案,有助于避免常见错误并提升仿真准确性。

    【金融科技领域】信用飞利用大数据与AI实现用户信用成长及资产增值:个性化金融解决方案设计

    内容概要:文章介绍了金融科技公司信用飞如何通过关注用户信用成长,利用先进技术和专业服务为用户量身定制金融解决方案,从而实现用户资产的稳健增值。首先,信用飞通过多维度数据分析,全面了解用户的信用状况和需求,为不同信用水平的用户提供个性化服务。其次,建立了动态信用评估体系,实时监测并调整用户信用服务策略,帮助用户持续提升信用。再者,根据不同用户的需求,提供包括信用消费、理财投资、融资借贷等在内的多样化金融服务。最后,借助大数据、人工智能、区块链等技术手段,确保金融服务的安全可靠和高效便捷,持续陪伴用户实现信用与财富的双重增长。 适合人群:对个人信用管理有一定需求,希望通过科学金融规划实现资产稳健增值的个人及小微企业主。 使用场景及目标:①希望提升个人或企业信用评级的用户;②寻求合适金融产品和服务以优化财务管理的人群;③需要安全可靠的融资渠道支持业务发展的创业者和中小企业。 阅读建议:本文详细阐述了信用飞如何通过技术创新和个性化服务助力用户信用成长及资产增值,建议读者重点关注文中提到的技术应用和服务特色,结合自身情况思考如何更好地利用此类金融科技服务来优化个人或企业的财务状况。

    少儿编程scratch项目源代码文件案例素材-AI战争.zip

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    工业自动化中出口设备1200线体程序的PLC通讯与V90-FB284协同控制开源指南

    内容概要:本文详细介绍了出口设备1200线体程序的配置与优化方法,涵盖PLC通讯控制、V90模块配置以及工艺对象与FB284的协同控制。文章强调了开源特性的优势,使得用户可以自由扩展和优化控制系统。主要内容包括:1) 出口设备1200线体程序的核心地位及其复杂控制逻辑;2) 多个PLC设备的通讯协作,确保数据可靠传输;3) V90模块的具体配置步骤,确保各模块稳定运行;4) 工艺对象与FB284的协同控制,避免逻辑冲突;5) 开源带来的便利性,便于用户进行功能扩展和学习;6) 实际应用中的优化措施,提高系统的运行效率。 适合人群:从事工业自动化领域的工程师和技术人员,尤其是那些希望深入了解PLC通讯控制和V90伺服配置的人。 使用场景及目标:适用于需要配置和优化出口设备1200线体程序的实际工程项目,帮助用户掌握PLC通讯、V90配置及工艺对象与FB284协同控制的方法,从而提升生产线的效率和稳定性。 其他说明:文章提供了大量实用的代码片段和调试技巧,有助于读者更好地理解和实施相关配置。同时,文中提到的一些具体案例和经验分享也为实际操作提供了宝贵的参考。

    前端面试与vue源码讲解

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    少儿编程scratch项目源代码文件案例素材-green vs blue.zip

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    博世汽车电驱仿真模型:同步与异步电机FOC控制及弱磁优化

    内容概要:本文详细介绍了博世汽车电驱仿真模型中同步电机和异步电机的FOC(磁场定向控制)技术及其优化方法。主要内容涵盖相电流波形生成、弱磁控制、正反转切换、滑差补偿以及铁损计算等方面的技术细节。通过MATLAB、Python和C等多种编程语言实现了对电机控制的精确模拟,展示了如何通过数学方法和智能算法提高电机性能,减少电流畸变和转矩脉动。文中特别强调了弱磁控制在高速区的应用,通过动态查表法自动调整d轴电流分量,有效解决了电压极限椭圆的问题。此外,还提到了一些创新性的技术应用,如相位预判机制、动态滑差补偿和自适应耦合系数计算等。 适合人群:从事电机控制、电动汽车研究及相关领域的工程师和技术人员。 使用场景及目标:适用于希望深入了解同步电机和异步电机FOC控制原理及其实现方法的研究人员和工程师。目标是掌握先进的电机控制技术和优化方法,应用于实际项目中,提高系统性能和可靠性。 其他说明:文章不仅提供了详细的理论解释,还附有具体的代码实现,便于读者理解和实践。同时,文中提到的一些创新性技术可以为相关领域的研究提供新的思路和方法。

    少儿编程scratch项目源代码文件案例素材-RPG游戏引擎5.5c.zip

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    2025年6G近场技术白皮书2.0.pdf

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    少儿编程scratch项目源代码文件案例素材-scratch 通关游戏.zip

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