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关于golang:Base64-编码原理和实现

jiezi

背景

个别波及到数据传输，思考到业务方间接通过字符串传过来时会被过滤特殊字符等状况，对数据的编码必不可少。数据编码形式最罕用的应该是 Base64。Base64 编码实质上是一种将二进制数据转换成文本数据的计划。上面会具体介绍它的原理，实现以及一些利用场景。

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编码原理

Base64 编码是基于 64 个字符 A-Z,a-z，0-9，+，/ 的编码方式，因为 2 的 6 次方正好为 64，所以就用 6bit 就能够示意出 64 个字符，比方 000000 对应 A，000001 对应 B。

流程

  1. 按字符串长度，以每 3 个字符（1Byte= 8Bit）为一组
  2. 针对每一组，对每个字符的 ASCII 编码 转换为 8Bit 的二进制，失去一组 3*8 = 24Bit 的字节
  3. 对 24Bit 划分成 4 个 6Bit 的字节，在每个 6Bit 的字节后面都填两个高位 0，失去 4 个 8Bit 的字节
  4. 把 4 个 8Bit 字节转换成十进制，对照 BASE64 编码表，失去对应编码后的字符。

留神

  1. 要求被编码字符是 8bit 的，所以须在 ASCII 编码范畴内，u0000-u00ff，不容许中文。
  2. 如果被编码字符长度不是 3 的倍数，则用 0 代替，对应的输入字符为 “=”

Base64 编码实质上是将二进制数据 转成 文本数据。对于非二进制数据，是转换成二进制模式，而后每间断 6 比特（2^6 =64）计算其十进制值，依据该值在 A--Z,a--z,0--9,+,/ 这 64 个字符集中找对应的字符，串起来失去一个文本字符串

根本规定

  1. 规范 Base64 只有 64 个字符：A--Z,a--z,0--9,+,/,=
  2. Base64 把 3 个字节变成 4 个可打印字符，所以 Base64 编码后的字符串肯定能被 4 整除 (排查用作后缀的等号)
  3. 等号肯定用作后缀，且数目肯定是 0 个、1 个或 2 个。这是因为如果原文长度不能被 3 整除。Base64 要在前面增加 0 凑齐 3n 位。为了正确还原，增加了几个 0 就加上几个等号。显然增加等号的数目只能是 0、1 或 2
  4. Base64 只是一种编码，不是加密计划

实现

  1. 对字符串进行 Base64 编码：

    func Base64Encoding() {input := []byte("Herbert Lu")

    // Encoding using Base64
    encodeString := base64.StdEncoding.EncodeToString(input)
    fmt.Println(encodeString)

    // Base64 decoding of encoding results
    decodeBytes, err := base64.StdEncoding.DecodeString(encodeString)
    if err != nil {fmt.Println("decode input string fail:", err)
        return
    }
    fmt.Println(string(decodeBytes))
}

  2. 在 URL 中对字符串进行 Base64 编码：

    func Base64URLEncoding() {
    // Using Base64 in URL Encoding
    uEnc := base64.URLEncoding.EncodeToString([]byte(input))
    fmt.Println(uEnc)

    uDec, err := base64.URLEncoding.DecodeString(uEnc)
    if err != nil {log.Fatalln(err)
    }
    fmt.Println(string(uDec))
}

利用

  1. 简略的加密。比方把一些信息简略地用 Base64 解决，避免被明文查看。
  2. 数据传输，用于内容在各个网络节点间传输，且不丢数据。计算机中任何数据都是按 ASCII 码存储，而 ASCII 码的 128～255 之间值是不可见字符。而在网络上替换数据时，比如说从 A 地传到 B 地，往往要通过多个路由设施，因为不同的设施对字符的解决形式有一些不同，这样那些不可见字符就有可能被处理错误，造成数据失落或传输失败。先把数据进行 Base64 编码，转换成可见字符后出错的可能性就大大降低

小结

Base64 作为常见的编码伎俩，对软件工程师来说也是一项必知必会的技能，所以把握它的实现原理和晓得它的利用场景，对工作是十分有帮忙的。

参考

  • Base64 的原理
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