1 Base64算法的由來

    Base64算法最早應(yīng)用于解決電子郵件傳輸?shù)膯栴}。早期,，由于“歷史問題”,，電子郵件只允許ASCII碼字符，如果郵件中包含非ASCII碼字符,，當(dāng)它通過有“歷史問題”的網(wǎng)關(guān)時(shí),，這個(gè)網(wǎng)關(guān)會(huì)對(duì)該字符的二進(jìn)制位進(jìn)行調(diào)整，即將其8位二進(jìn)制碼的最高位置0,，這樣用戶收到的郵件就會(huì)是一封亂碼,。為了解決這個(gè)問題,，產(chǎn)生了Base64算法。

2 Base64算法的定義

    RFC 2045中定義：Base64內(nèi)容傳輸編碼是一種以8位字節(jié)序列組合的描述形式,，這種形式不易被人直接識(shí)別,。

    RFC 2045中規(guī)定，在電子郵件中,，每行為76個(gè)字符,，每行末需添加一個(gè)回車換行符（"\r\n"），不管每行是否夠76個(gè)字符,，都要添加一個(gè)回車換行符,。不過在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際需要,，這一要求往往被忽略,。

    Base64算法的轉(zhuǎn)換方式類似于古典加密算法里的單表置換算法 。RFC 2045中給出了Base64的字符映射表,，如下圖所示,。

    這張字符映射表中，Value是十進(jìn)制編碼,，Encoding是字符,，共映射了64個(gè)字符，這也是Base64算法命名的由來,。映射表的最后一個(gè)字符“=”是用來補(bǔ)位的,。

    Base64算法的編碼和解碼操作可用作加密解密，但是Base64的字符映射表是公開的,，因此并不能叫做加密算法,。

    Url Base64算法是由Base64算法衍生出來的，用于在http請(qǐng)求中傳遞二進(jìn)制數(shù)據(jù),。將Base64中的“+”,、“/”替換為“-”和“_”符號(hào)，對(duì)于補(bǔ)位符“=”,，Bouncy Castle使用“.”替換,，而Commons Codec則不使用補(bǔ)位符。

3 基本原理

    Base64算法主要是將給定的字符以字符編碼（如ASCII,、UTF-8等）對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為基準(zhǔn),，做編碼操作：

1.     將給定的字符串以字符為單位，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字符編碼,。
2.     將獲得的字符編碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制串,。
3.     將獲得的二進(jìn)制串做分組轉(zhuǎn)換操作,，每3個(gè)8位的二進(jìn)制串為一組,，將這樣的一組再轉(zhuǎn)換為4個(gè)6位二進(jìn)制串,，不足6位時(shí)低位補(bǔ)0。
4.     對(duì)每組4個(gè)6位二進(jìn)制串補(bǔ)位,，即向6位二進(jìn)制串的高位補(bǔ)兩個(gè)0,，生成4個(gè)8位二進(jìn)制串。
5.     將獲得的4-8二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制碼,。
6.     將獲得的十進(jìn)制碼用Base64字符映射表中對(duì)應(yīng)的字符替換,。
   

    經(jīng)過Base64編碼后的數(shù)據(jù)會(huì)比原始數(shù)據(jù)略長，為原來的4/3倍,，編碼后的字符數(shù)是4的倍數(shù),。

    編碼后的字符串最多有2個(gè)補(bǔ)位的“=”，因?yàn)樵紨?shù)據(jù)的二進(jìn)制串的分組是以3個(gè)8位為一組的,，余數(shù) = 原始數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) mod 3,，余數(shù)只能為0、1,、2,。如果余數(shù)為0，3個(gè)8位轉(zhuǎn)換為4個(gè)6位,，高位補(bǔ)0之后是4個(gè)8位,，則不需要補(bǔ)位符；如果余數(shù)為1,，1個(gè)8位只能轉(zhuǎn)換為2個(gè)6位,，高位補(bǔ)0之后是2個(gè)8位，為了讓編碼之后的字符數(shù)是4的倍數(shù),，要補(bǔ)兩個(gè)補(bǔ)位符,；同理，如果余數(shù)為2,，要補(bǔ)一個(gè)補(bǔ)位符,。

    ASCII碼進(jìn)行Base64編碼的例子如下圖，字符“A”編碼之后的字符串為“QQ==”,。

    非ASCII碼如GBK,、UTF-8等編碼，一個(gè)字符包含多個(gè)字節(jié),，如UTF-8用3個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字,，GBK用2個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字。以字符串“密”為例,，對(duì)應(yīng)的UTF-8編碼是-27,、-81、-122,，用Base64編碼如下圖,，編碼后的字符串為“5a+G”,。

4 Base64算法的Java實(shí)現(xiàn)和使用

    Java API中沒有Base64的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上Sun也有Base64算法的實(shí)現(xiàn),，但是沒有公布,。Bouncy Castle提供了一般Base64算法的實(shí)現(xiàn)，Commons Codec提供了基于RFC 2045相關(guān)定義的Base64算法實(shí)現(xiàn),。

    Bouncy Castle遵循的是一般Base64算法,，就是根據(jù)字符映射表做了編碼轉(zhuǎn)換。Commons Codec中既支持RFC 2045定義的Base64算法,，也支持一般的Base64算法,。這兩種的差異是RFC 2045定義的算法要求在編碼后的字符串中換行和末尾添加回車換行符。