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Base64基础(2)

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url: http://zh.wikipedia.org/wiki/Base64

Base64是一種使用64基的位置計數法。它使用2的最大次方來代表僅可列印的ASCII 字元。這使它可用來作為電子郵件的傳輸編碼。在Base64中的變數使用字元A-Z、a-z和0-9 ,這樣共有62個字元,用來作為開始的64個數字,最後兩個用來作為數字的符號在不同的系統中而不同。一些如uuencode的其他編碼方法,和之後binhex的版本使用不同的64字符集來代表6個二進位數字,但是它們不叫Base64。

MIME

MIME格式的電子郵件中,base64可以用來將binary的位元組序列數據編碼成ASCII字元序列構成的文本。使用時,在傳輸編碼方式中指定base64。使用的字元包括大小寫字母各26個,加上10個數字,和加號「+」,斜杠「/」,一共64個字元,等號「=」用來作為後綴用途。

完整的base64定義可見 RFC1421RFC2045。編碼後的數據比原始數據略長,為原來的4/3。在電子郵件中,根據RFC822規定,每76個字元,還需要加上一個回車換行。可以估算編碼後數據長度大約為原長的135.1%。

轉換的時候,將三個byte的數據,先後放入一個24bit的緩衝區中,先來的byte占高位。數據不足3byte的話,於緩衝區中剩下的Bit用0補足。然後,每次取出6個bit,按照其值選擇ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/中的字元作為編碼後的輸出。不斷進行,直到全部輸入數據轉換完成。

如果最後剩下兩個輸入數據,在編碼結果後加1個「=」;如果最後剩下一個輸入數據,編碼結果後加2個「=」;如果沒有剩下任何數據,就什麼都不要加,這樣才可以保證資料還原的正確性。

舉例來說,一段引用自Thomas Hobbes's Leviathan的文句:

Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence of any carnal pleasure.

經過base64編碼之後變成:

TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJ5IGhpcyByZWFzb24sIGJ1dCBieSB0aGlz
IHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbmltYWxzLCB3aGljaCBpcyBhIGx1c3Qgb2Yg
dGhlIG1pbmQsIHRoYXQgYnkgYSBwZXJzZXZlcmFuY2Ugb2YgZGVsaWdodCBpbiB0aGUgY29udGlu
dWVkIGFuZCBpbmRlZmF0aWdhYmxlIGdlbmVyYXRpb24gb2Yga25vd2xlZGdlLCBleGNlZWRzIHRo
ZSBzaG9ydCB2ZWhlbWVuY2Ugb2YgYW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4=
一個例子
  • 編碼「Man」
「M」的ASCII碼 =  77 = 01001101
「a」的 =  97 = 01100001
「n」的 = 110 = 01101110 

將這三個位元組拼合,得出一個24位的資料:

010011010110000101101110

現在六個一組的分開,這樣便得到六個數。將這些數轉為:

010011 = 19 = T (T是第19個英文字母)
010110 = 22 = W (W是第22個英文字母)
000101 =  5 = F
101110 = 46 = u (U是第20個英文字母)

base64編碼是:
00010011 00010110 00000101 00101110

即是每3個未編碼位元組,編碼後會得到4個位元組。

  • 加密M:M=01001101,變成加密010011010000,六個一組分開是010011 010000,結果是TQ,然後在後面加兩個「=」,結果就是「TQ==」。

在URL中的應用

Base64編碼可用於在HTTP環境下傳遞較長的標識信息。例如,在Java Persistence系統Hibernate中,就採用了Base64來將一個較長的唯一標識符(一般為128-bit的UUID)編碼為一個字元串,用作HTTP表單和HTTP GET URL中的參數。在其他應用程序中,也常常需要把二進位數據編碼為適合放在URL(包括隱藏表單域)中的形式。此時,採用Base64編碼不僅比較簡短,同時也具有不可讀性,即所編碼的數據不會被人用肉眼所直接看到。

然而,標準的Base64並不適合直接放在URL里傳輸,因為URL編碼器會把標準Base64中的「/」和「+」字元變為形如「%XX」的形式,而這些「%」號在存入資料庫時還需要再進行轉換,因為ANSI SQL中已將「%」號用作通配符。

為解決此問題,可採用一種用於URL的改進Base64編碼,它不在末尾填充'='號,並將標準Base64中的「+」和「/」分別改成了「*」和「-」,這樣就免去了在URL編解碼和資料庫存儲時所要作的轉換,避免了編碼信息長度在此過程中的增加,並統一了資料庫、表單等處對象標識符的格式。

另有一種用於正則表達式的改進Base64變種,它將「+」和「/」改成了「!」和「-」,因為「+」,「*」以及前面在IRCu中用到的「[」和「]」在正則表達式中都可能具有特殊含義。

此外還有一些變種,它們將「+/」改為「_-」或「._」(用作程式語言中的標識符名稱)或「.-」(用於XML中的Nmtoken)甚至「_:」(用於XML中的Name)。

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