base64 的编码原理是什么？

Base64 是一种编码方法，用于将二进制数据（如图像、音频、文件等）编码为 ASCII 字符串。这种编码方式将数据转换为一组可打印字符，通常用于在需要文本数据的环境中传输二进制数据，例如在电子邮件、JSON 数据、XML 数据等场景中。Base64 编码原理如下：

1. 编码过程

1.1 数据分组

• Base64 编码将输入数据按每 3 个字节（24 位）一组进行分组。
• 每个 3 字节的数据块由 24 位二进制数据组成，相当于 3 * 8 = 24 位。

1.2 分割与映射

• 将这 24 位的二进制数据分成 4 组，每组 6 位。即：24 位 / 6 位 = 4 组。

• 每组 6 位的二进制数据被映射到一个 Base64 字符集中的字符。Base64 字符集共有 64 个字符，这些字符包括：

  • 大写字母：A-Z
  • 小写字母：a-z
  • 数字：0-9
  • 特殊字符：+ 和 /

  例如，字符集的第一个字符是 ‘A’，它代表 6 位二进制数 000000，字符集的最后一个字符是 ’/‘，它代表 6 位二进制数 111111。

1.3 填充

• 如果输入数据的字节数不是 3 的倍数，Base64 编码会在编码的结果末尾添加 = 作为填充符号，以保证编码后的字符数是 4 的倍数。
• = 表示填充的字节数：
  • 一个 = 表示编码过程中缺少 1 个字节。
  • 两个 = 表示编码过程中缺少 2 个字节。

2. 解码过程

解码过程是编码过程的反向操作：

2.1 反向映射

• 将 Base64 字符串中的每个字符映射回 6 位的二进制数据。
• 使用 Base64 字符集的索引将字符转换为 6 位的二进制数。

2.2 合并与分组

• 将所有 6 位的二进制数据重新组合为 24 位的二进制数据块。
• 将 24 位数据块拆分为 3 个字节（24 位 / 8 位 = 3 字节）。

2.3 去除填充

• 移除解码过程中添加的填充符号 =，恢复原始数据的字节。

示例

编码示例

将字符串 “hello” 编码为 Base64：

1. 转换为二进制：

   • h = 01101000
   • e = 01100101
   • l = 01101100
   • l = 01101100
   • o = 01101111

   合并为：01101000 01100101 01101100 01101100 01101111

2. 分组：

   • 24 位块 1：01101000 01100101 01101100（011010、000110、010101、101100）
   • 24 位块 2：01101100 01101111（011011、000110、111100）

3. 映射到 Base64 字符集：

   • 011010 -> a
   • 000110 -> G
   • 010101 -> V
   • 101100 -> s
   • 011011 -> b
   • 000110 -> G
   • 111100 -> 8

   Base64 编码结果为 aGVsbG8=

解码示例

将 Base64 字符串 aGVsbG8= 解码：

1. 映射回二进制：

   • a -> 011010
   • G -> 000110
   • V -> 010101
   • s -> 101100
   • b -> 011011
   • G -> 000110
   • 8 -> 111100

2. 合并和恢复：

   • 合并为：01101000 01100101 01101100 01101100 01101111

3. 转换为原始字符串：

   • 01101000 -> h
   • 01100101 -> e
   • 01101100 -> l
   • 01101100 -> l
   • 01101111 -> o

   原始字符串为 “hello”