Base64编码的原理与常用实现

article/2025/9/13 6:22:41

这篇主要是为了后面好介绍加密算法，做的铺垫。
这个是基础，什么是一个程序员的涵养，这些基础就是涵养。
平时可能用不到，但必须得会。
如果连这个原理都说不上来，就别玩王者荣耀绝地求生英雄联盟和平精英了，该好好补补了。

Base64编码定义

Base64编码是基于64个字符的编码方式。
所有的二进制数据都可以用这64个编码来表示。
怎么编码，64个字符有哪些，是基于一个规范的：RFC2045

Base64编码特点

Base64编码是可逆的。
编码后的结果，没有任何可读性。
适用性广泛，任何能转成二进制数的数据都能Base64编码。

Base64编码原理

Base64编码入参是二进制数
首先有个编码对照表，索引从0到63总共64个，对应着（A-Z）加（a-z）加（0-9）加（+）加（/）刚好64个字符。
在这里插入图片描述
编码有以下几步：
1、将数据拆成若干组，每组3个字节，即24位。
2、每组数据24位进行重组，分为4部分，那么每部分就是6位。
3、将每部分的高位补两个0，那么每部分都成8位了，即一个字节。此时这个组总共就是4个字节。
4、将每个字节的值换成10进制，由于高两位都是0，所以该字节的十进制数，最大就是63，最小是0，正好和上面的64个编码表的索引对上，然后得到对应字符。合起来就是最终编码的值。

如果数据的总字节数，不是3的倍数，那么就存在最后一组不够3个字节。这种情况，就还是按照上面的编码规则继续编（字节换成位，每6位高位补两个0变成一个字节）
情况1：
最后一组只有两个字节，那就是16位，
前6位，高位补两个0 ，变成一个字节，对照表拿到对应的第一个字符；
中间6位，高位补两个0 ，变成一个字节，对照表拿到对应的第二个字符；
后4位，高位补4个0，变成一个字节，对照表拿到对应的第三个字符；
第四个字符默认用=代替。
情况2
最后一组只有一个字节，那就是8位，
前6位，高位补两个0 ，变成一个字节，对照表拿到对应的第一个字符；
后2位，高位补6个0，变成一个字节，对照表拿到对应的第二个字符；
第三个字符和第四个字符默认都用=代替。

这也就是为什么，有时候看到的编码结果，结尾会有=或者==，就是这种不够的情况。
另外，每76个字符加一个换行符，这个是规定。

解码就反过来操作，是不是很简单。不考虑性能的话，完全可以自己尝试写一个Base64编码工具类玩玩。

Base64衍生编码方式

Base 16
Base 32
Url Base64

看过Base64的原理，Base16和Base32的就类似了，都是拆字节，然后高位补0，使得新的字节，最大是16或者32，然后照着表找对应字符。

url Base64的出现，是因为标准的Base64，最后两个字符+/在url中不能作为参数，所以url Base64主要改动就是把这两个字符换成了-和_。

Base64编码常见实现

Base64的实现有很多种，常见的两个：JDK的和Apache的

JDK的Base64

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
import java.io.IOException;public class Base64Test {public static void main(String[] args) throws IOException {String str = "hello word";BASE64Encoder base64Encoder = new BASE64Encoder();// JDK Base64加密String encode = base64Encoder.encode(str.getBytes());System.out.println(encode);BASE64Decoder base64Decoder = new BASE64Decoder();// JDK Base64解密byte[] bytes = base64Decoder.decodeBuffer(encode);String res = new String(bytes);System.out.println(res);}
}

Apache的Base64

引入pom依赖：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/commons-codec/commons-codec -->
<dependency><groupId>commons-codec</groupId><artifactId>commons-codec</artifactId><version>1.14</version>
</dependency>

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;public class ApacheBase64Test {public static void main(String[] args) {String str = "hello word";// Apache Base64加密byte[] encodeBytes = Base64.encodeBase64(str.getBytes());System.out.println(new String(encodeBytes));// Apache Base64解密byte[] decodeBytes = Base64.decodeBase64(encodeBytes);System.out.println(new String(decodeBytes));}
}