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Base64加密解密原理以及代码实现

2024-08-08 00:45:43   234人阅读

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一，大家可以查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。Base64编码可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符（一般为128-bit的UUID）编码为一个字符串，用作HTTP表单和HTTP GET URL中的参数。在其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL（包括隐藏表单域）中的形式。此时，采用Base64编码不仅比较简短，同时也具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到。

 

RFC2045还规定每行位76个字符，每行末尾需添加一个回车换行符，即便是最后一行不够76个字符，也要加换行符。

 

实现原理

 

Base64实际上是对二进制码做分组转换操作

1.每3个8位二进制码位一组，转换为4个6位二进制码为一组（不足6位时地位补0）。3个8位二进制码和4个6位二进制码长度都是24位。

2.对获得的4个6位二进制码补位，每个6位二进制码添加两位高位0，组成4个8位二进制码。

3.将获得的4个8位二进制码转换为4个十进制码。

4.将获得的十进制码转换为Base64字符表中对应的字符。




1. Base64使用A--Z,a--z,0--9,+,/ 这64个字符.
    2. 编码原理:将3个字节转换成4个字节( (3 X 8) = 24 = (4 X 6) )先读入3个字节,每读一个字节,左移8位,再右移四次,每次6位,这样就有4个字节了.
    3. 解码原理:将4个字节转换成3个字节.先读入4个6位(用或运算),每次左移6位,再右移3次,每次8位.这样就还原了.

    Base64是一种很常见的编码规范，其作用是将二进制序列转换为人类可读的ASCII字符序列，常用在需用通过文本协议（比如HTTP和SMTP）来传输二进制数据的情况下。Base64并不是一种用于安全领域的加密解密算法（这类算法有DES等），尽管我们有时也听到使用Base64来加密解密的说法，但这里所说的加密与解密实际是指编码（encode）和解码（decode）的过程，其变换是非常简单的，仅仅能够避免信息被直接识别。

   

    Base64采用了一种很简单的编码转换：对于待编码数据，以3个字节为单位，依次取6位数据并在前面补上两个0形成新的8位编码，由于3*8=4*6，这样3个字节的输入会变成4个字节的输出，长度上增加了1/3。

上面的处理还不能保证得到的字符都是可见字符，为了达到此目的，Base64制定了一个编码表，进行统一的转换。码表的大小为2^6=64，这也是Base64名称的由来。

                            Base64编码表

      Value Encoding  Value Encoding  Value Encoding  Value Encoding
           0 A            17 R            34 i            51 z
           1 B            18 S            35 j            52 0
           2 C            19 T            36 k            53 1
           3 D            20 U            37 l            54 2
           4 E            21 V            38 m           55 3
           5 F            22 W           39 n           56 4
           6 G            23 X            40 o            57 5
           7 H            24 Y             41 p            58 6
           8 I            25 Z             42 q            59 7
           9 J            26 a             43 r             60 8
          10 K            27 b            44 s            61 9
          11 L            28 c            45 t             62 +
          12 M            29 d           46 u            63 /
          13 N            30 e           47 v
          14 O            31 f            48 w         (pad) =
          15 P            32 g           49 x
          16 Q            33 h           50 y
         

    Base64编解码算法都很简单，网上有很多源码，这里就不介绍了。

 

    另外还有一点要注意的地方，前面提到编码是以3个字节为单位，当剩下的字符数量不足3个字节时，则应使用0进行填充，相应的，输出字符则使用‘=‘占位，因此编码后输出的文本末尾可能会出现1至2个‘=‘。

这是一种典型的编码转换的处理方法，类似的可能还有UTF16与UTF8之间的转换。 

[cpp] view plaincopy

  1. /** 

  2. * /file base64.h 

  3. */  

  4. #ifndef XYSSL_BASE64_H  

  5. #define XYSSL_BASE64_H  

  6.   

  7. #define XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL -0x0010  

  8. #define XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_CHARACTER -0x0012  

  9.   

  10. #ifdef __cplusplus  

  11. extern "C" {  

  12. #endif  

  13.   

  14. /** 

  15. * /brief Encode a buffer into base64 format 

  16. * 

  17. * /param dst destination buffer 

  18. * /param dlen size of the buffer 

  19. * /param src source buffer 

  20. * /param slen amount of data to be encoded 

  21. * 

  22. * /return 0 if successful, or XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL. 

  23. * *dlen is always updated to reflect the amount 

  24. * of data that has (or would have) been written. 

  25. * 

  26. * /note Call this function with *dlen = 0 to obtain the 

  27. * required buffer size in *dlen 

  28. */  

  29. int base64_encode(const unsigned char *src, int slen,unsigned char *dst, int *dlen);  

  30.   

  31. /** 

  32. * /brief Decode a base64-formatted buffer 

  33. * 

  34. * /param dst destination buffer 

  35. * /param dlen size of the buffer 

  36. * /param src source buffer 

  37. * /param slen amount of data to be decoded 

  38. * 

  39. * /return 0 if successful, XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL, or 

  40. * XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_DATA if the input data is not 

  41. * correct. *dlen is always updated to reflect the amount 

  42. * of data that has (or would have) been written. 

  43. * 

  44. * /note Call this function with *dlen = 0 to obtain the 

  45. * required buffer size in *dlen 

  46. */  

  47. int base64_decode(const unsigned char *src, int slen,unsigned char *dst, int *dlen);  

  48.   

  49. /** 

  50. * /brief Checkup routine 

  51. * 

  52. * /return 0 if successful, or 1 if the test failed 

  53. */  

  54. int base64_self_test( int verbose );  

  55.   

  56. #ifdef __cplusplus  

  57. }  

  58. #endif  

  59.   

  60. class CBase64    

  61. {  

  62. public:  

  63.     CBase64();  

  64.     virtual ~CBase64();  

  65.     static BOOL Encrypt(const unsigned char *pSrc,int iSlen,unsigned char *pDst,int *iDlen,CString &strErrorInfo);  

  66.     static BOOL Decrypt(const unsigned char *pSrc,int iSlen,unsigned char *pDst,int *iDlen,CString &strErrorInfo);  

  67. private:  

  68.   

  69. };  

  70.   

  71. #endif /* base64.h */  

 

[cpp] view plaincopy

  1. //source file: base64.cpp  

  2.   

  3. /* 

  4. * RFC 1521 base64 encoding/decoding 

  5. * 

  6. * Copyright (C) 2006-2007 Christophe Devine 

  7. * 

  8. * This library is free software; you can redistribute it and/or 

  9. * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public 

  10. * License, version 2.1 as published by the Free Software Foundation. 

  11. * 

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  13. * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of 

  14. * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU 

  15. * Lesser General Public License for more details. 

  16. * 

  17. * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public 

  18. * License along with this library; if not, write to the Free Software 

  19. * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, 

  20. * MA 02110-1301 USA 

  21. */  

  22. #include "stdafx.h"  

  23. #include "base64.h"  

  24.   

  25. static const unsigned char base64_enc_map[64] =  

  26. {  

  27. ‘A‘, ‘B‘, ‘C‘, ‘D‘, ‘E‘, ‘F‘, ‘G‘, ‘H‘, ‘I‘, ‘J‘,  

  28. ‘K‘, ‘L‘, ‘M‘, ‘N‘, ‘O‘, ‘P‘, ‘Q‘, ‘R‘, ‘S‘, ‘T‘,  

  29. ‘U‘, ‘V‘, ‘W‘, ‘X‘, ‘Y‘, ‘Z‘, ‘a‘, ‘b‘, ‘c‘, ‘d‘,  

  30. ‘e‘, ‘f‘, ‘g‘, ‘h‘, ‘i‘, ‘j‘, ‘k‘, ‘l‘, ‘m‘, ‘n‘,  

  31. ‘o‘, ‘p‘, ‘q‘, ‘r‘, ‘s‘, ‘t‘, ‘u‘, ‘v‘, ‘w‘, ‘x‘,  

  32. ‘y‘, ‘z‘, ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘,  

  33. ‘8‘, ‘9‘, ‘+‘, ‘/‘  

  34. };  

  35.   

  36. static const unsigned char base64_dec_map[128] =  

  37. {  

  38. 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,  

  39. 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,  

  40. 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,  

  41. 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,  

  42. 127, 127, 127, 62, 127, 127, 127, 63, 52, 53,  

  43. 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 127, 127,  

  44. 127, 64, 127, 127, 127, 0, 1, 2, 3, 4,  

  45. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14,  

  46. 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24,  

  47. 25, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 26, 27, 28,  

  48. 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38,  

  49. 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48,  

  50. 49, 50, 51, 127, 127, 127, 127, 127  

  51. };  

  52.   

  53. /* 

  54. * Encode a buffer into base64 format 

  55. */  

  56. int base64_encode(const unsigned char *src, int slen,unsigned char *dst, int *dlen)  

  57. {  

  58.     int i, n;  

  59.     int C1, C2, C3;  

  60.     unsigned char *p;  

  61.   

  62.     if( slen == 0 )  

  63.     return( 0 );  

  64.   

  65.     n = (slen << 3) / 6;  

  66.   

  67.     switch( (slen << 3) - (n * 6) )  

  68.     {  

  69.     case 2: n += 3; break;  

  70.     case 4: n += 2; break;  

  71.     default: break;  

  72.     }  

  73.   

  74.     if( *dlen < n + 1 )  

  75.     {  

  76.         *dlen = n + 1;  

  77.         return( XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL );  

  78.     }  

  79.   

  80.     n = (slen / 3) * 3;  

  81.   

  82.     for( i = 0, p = dst; i < n; i += 3 )  

  83.     {  

  84.         C1 = *src++;  

  85.         C2 = *src++;  

  86.         C3 = *src++;  

  87.   

  88.         *p++ = base64_enc_map[(C1 >> 2) & 0x3F];  

  89.         *p++ = base64_enc_map[(((C1 & 3) << 4) + (C2 >> 4)) & 0x3F];  

  90.         *p++ = base64_enc_map[(((C2 & 15) << 2) + (C3 >> 6)) & 0x3F];  

  91.         *p++ = base64_enc_map[C3 & 0x3F];  

  92.     }  

  93.   

  94.     if( i < slen )  

  95.     {  

  96.         C1 = *src++;  

  97.         C2 = ((i + 1) < slen) ? *src++ : 0;  

  98.   

  99.         *p++ = base64_enc_map[(C1 >> 2) & 0x3F];  

  100.         *p++ = base64_enc_map[(((C1 & 3) << 4) + (C2 >> 4)) & 0x3F];  

  101.   

  102.         if( (i + 1) < slen )  

  103.         *p++ = base64_enc_map[((C2 & 15) << 2) & 0x3F];  

  104.         else *p++ = ‘=‘;  

  105.   

  106.         *p++ = ‘=‘;  

  107.     }  

  108.     *dlen =static_cast<int>(p - dst);  

  109.     *p = 0;  

  110.     return( 0 );  

  111. }  

  112.   

  113. /* 

  114. * Decode a base64-formatted buffer 

  115. */  

  116. int base64_decode(const unsigned char *src, int slen,unsigned char *dst, int *dlen)  

  117. {  

  118.     int i, j, n;  

  119.     unsigned long x;  

  120.     unsigned char *p;  

  121.   

  122.     for( i = j = n = 0; i < slen; i++ )  

  123.     {  

  124.         if( ( slen - i ) >= 2 &&  

  125.         *(src+i) == ‘/r‘ && *(src+i+1) == ‘/n‘ )  

  126.             continue;  

  127.   

  128.         if(*(src+i) == ‘/n‘ )  

  129.             continue;  

  130.   

  131.         if(*(src+i) == ‘=‘ && ++j > 2 )  

  132.             return( XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_CHARACTER );  

  133.   

  134.         if(*(src+i) > 127 || base64_dec_map[*(src+i)] == 127 )  

  135.             return( XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_CHARACTER );  

  136.   

  137.         if( base64_dec_map[*(src+i)] < 64 && j != 0 )  

  138.             return( XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_CHARACTER );  

  139.   

  140.         n++;  

  141.     }  

  142.   

  143.     if( n == 0 )  

  144.         return( 0 );  

  145.   

  146.     n = ((n * 6) + 7) >> 3;  

  147.   

  148.     if( *dlen < n )  

  149.     {  

  150.         *dlen = n;  

  151.         return( XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL );  

  152.     }  

  153.   

  154.     for( j = 3, n = x = 0, p = dst; i > 0; i--, src++ )  

  155.     {  

  156.         if( *src == ‘/r‘ || *src == ‘/n‘ )  

  157.         continue;  

  158.   

  159.         j -= ( base64_dec_map[*src] == 64 );  

  160.         x = (x << 6) | ( base64_dec_map[*src] & 0x3F );  

  161.   

  162.         if( ++n == 4 )  

  163.         {  

  164.             n = 0;  

  165.             if( j > 0 ) *p++ = (unsigned char)( x >> 16 );  

  166.             if( j > 1 ) *p++ = (unsigned char)( x >> 8 );  

  167.             if( j > 2 ) *p++ = (unsigned char)( x );  

  168.         }  

  169.     }  

  170.   

  171.     *dlen =static_cast<int>(p - dst);  

  172.   

  173.     return( 0 );  

  174. }  

  175.   

  176.   

  177. BOOL CBase64::Encrypt(const unsigned char *pSrc,int iSlen,unsigned char *pDst,int *iDlen,CString &strErrorInfo)  

  178. {  

  179.     strErrorInfo=_T("");  

  180.     int iRet=base64_encode(pSrc,iSlen,pDst,iDlen);  

  181.     if(iRet==XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL)  

  182.         strErrorInfo=_T("分配的缓冲区太小!");  

  183.     else if(iRet==XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_CHARACTER)  

  184.         strErrorInfo=_T("无效数据!");  

  185.     return iRet==0;   

  186. }  

  187. BOOL CBase64::Decrypt(const unsigned char *pSrc,int iSlen,unsigned char *pDst,int *iDlen,CString &strErrorInfo)  

  188. {  

  189.     strErrorInfo=_T("");  

  190.     int iRet=base64_decode(pSrc,iSlen,pDst,iDlen);  

  191.     if(iRet==XYSSL_ERR_BASE64_BUFFER_TOO_SMALL)  

  192.         strErrorInfo=_T("分配的缓冲区太小!");  

  193.     else if(iRet==XYSSL_ERR_BASE64_INVALID_CHARACTER)  

  194.         strErrorInfo=_T("无效数据!");  

  195.     return iRet==0;   

  196. }  


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