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Base64

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Base64(基底64)是一種基於64個可列印字元來表示二進位資料的表示方法。由於,所以每6個位元為一個單元,對應某個可列印字元。3個位元組相當於24個位元,對應於4個Base64單元,即3個位元組可由4個可列印字元來表示。在Base64中的可列印字元包括字母A-Za-z數字0-9,這樣共有62個字元,此外兩個可列印符號在不同的系統中而不同。一些如uuencode的其他編碼方法,和之後BinHex英語BinHex的版本使用不同的64字元集來代表6個二進位數字,但是不被稱為Base64。

Base64常用於在通常處理文字資料的場合,表示、傳輸、儲存一些二進位資料,包括MIME電子郵件XML的一些複雜資料。

RFC 4648 標準的 Base64 索引表

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十進位 二進位 字元   十進位 二進位 字元   十進位 二進位 字元   十進位 二進位 字元
0 000000 A 16 010000 Q 32 100000 g 48 110000 w
1 000001 B 17 010001 R 33 100001 h 49 110001 x
2 000010 C 18 010010 S 34 100010 i 50 110010 y
3 000011 D 19 010011 T 35 100011 j 51 110011 z
4 000100 E 20 010100 U 36 100100 k 52 110100 0
5 000101 F 21 010101 V 37 100101 l 53 110101 1
6 000110 G 22 010110 W 38 100110 m 54 110110 2
7 000111 H 23 010111 X 39 100111 n 55 110111 3
8 001000 I 24 011000 Y 40 101000 o 56 111000 4
9 001001 J 25 011001 Z 41 101001 p 57 111001 5
10 001010 K 26 011010 a 42 101010 q 58 111010 6
11 001011 L 27 011011 b 43 101011 r 59 111011 7
12 001100 M 28 011100 c 44 101100 s 60 111100 8
13 001101 N 29 011101 d 45 101101 t 61 111101 9
14 001110 O 30 011110 e 46 101110 u 62 111110 +
15 001111 P 31 011111 f 47 101111 v 63 111111 /
填充 =

範例

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舉例來說,一段參照自托馬斯·霍布斯利維坦》的文句:

Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence of any carnal pleasure.

經過Base64編碼之後變成:

TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJ5IGhpcyByZWFzb24sIGJ1dCBieSB0aGlzIHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbmltYWxzLCB3aGljaCBpcyBhIGx1c3Qgb2YgdGhlIG1pbmQsIHRoYXQgYnkgYSBwZXJzZXZlcmFuY2Ugb2YgZGVsaWdodCBpbiB0aGUgY29udGludWVkIGFuZCBpbmRlZmF0aWdhYmxlIGdlbmVyYXRpb24gb2Yga25vd2xlZGdlLCBleGNlZWRzIHRoZSBzaG9ydCB2ZWhlbWVuY2Ugb2YgYW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4=

編碼「Man」的結果為TWFu,詳細原理如下:

文字 M a n
ASCII編碼 77 97 110
位元 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0
索引 19 22 5 46
Base64編碼 T W F u

在此例中,Base64演算法將3個位元組編碼為4個字元。

如果要編碼的位元組數不能被3整除,最後會多出1個或2個位元組,那麼可以使用下面的方法進行處理:先使用0位元組值在末尾補足,使其能夠被3整除,然後再進行Base64的編碼。在編碼後的Base64文字後加上一個或兩個=號,代表補足的位元組數。也就是說,當最後剩餘兩個八位(待補足)位元組(2個byte)時,最後一個6位的Base64位元組塊有四位是0值,最後附加上兩個等號;如果最後剩餘一個八位(待補足)位元組(1個byte)時,最後一個6位的base位元組塊有兩位是0值,最後附加一個等號。 參考下表:

文字(1 Byte) A
位元 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
位元(補0) 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 留空填充 留空填充
Base64編碼 Q Q = =
文字(2 Byte) B C
位元 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
位元(補0) 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 留空填充
Base64編碼 Q k M =

應用

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變種

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base64編碼對應的64個可列印字元在一些特定的程式或協定中可能不適合使用,特別是字元表第62位(+)、63位(/)和填充字元(=),因此存在一些如下的變種:

編碼 編碼字元 換行的處理 是否解碼非編碼字元
第62位 第63位 填充 分隔符 行字元數 校驗和
RFC 1421:用於隱私增強電子郵件的Base64(已棄用) + / = 強制 CR+LF 64,末尾行可少於64
RFC 2045:用於MIME的Base64 + / = 強制 CR+LF 上限 76 棄用
RFC 2152: 用於UTF-7的Base64 + /
RFC 3501:用於IMAP協定電子信箱命名的Base64 + ,
RFC 4648 §4:標準base64 + / = 可選
RFC 4648 §5:base64url(URL和檔名安全標準) - _ = 可選
RFC 4880:用於OpenPGP的Radix-64 + / = 強制 CR+LF 上限 76 Radix-64編碼24位元CRC

MIME

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MIME格式的電子郵件中,Base64可以用來將binary的位元組序列資料編碼ASCII字元序列構成的文字。使用時,在傳輸編碼方式中指定Base64。使用的字元包括大小寫拉丁字母各26個、數字10個、加號+和斜槓/,共64個字元,等號=用來作為填充用途。

完整的Base64定義可見RFC 1421和RFC 2045。編碼後的資料比原始資料略長,為原來的。在電子郵件中,根據RFC 822規定,每76個字元,還需要加上一個Enter換行。可以估算編碼後資料長度大約為原長的135.1%。

轉換的時候,將3位元組的資料,先後放入一個24位元的緩衝區中,先來的位元組占高位。資料不足3位元組的話,於緩衝區中剩下的位元用0補足。每次取出6位元(因為),按照其值選擇ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/中的字元作為編碼後的輸出,直到全部輸入資料轉換完成。

若原資料長度不是3的倍數時且剩下1個輸入數據,則在編碼結果後加2個=;若剩下2個輸入數據,則在編碼結果後加1個=

IRCu

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IRCu英語IRCu等軟體所使用的P10 IRC伺服器間協定中,對客戶與伺服器的訊息類型號(client/server numerics)和二進位IP位址採用了Base64編碼。訊息類型號的長度固定為3位元組,故可直接編碼為4個位元組而不需要加填充。對IP位址進行編碼時,則需要在位址前添加一些0位元,使之可以編碼為整數個位元組。這裡所用的符號集與前述MIME的也有所不同,將+/改成了[]

UTF-7

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UTF-7是一個修改版Base64(Modified Base64)。主要是將UTF-16的資料,用Base64的方法編碼為可列印的ASCII字元序列。目的是傳輸Unicode資料。主要的區別在於不用等號=補餘,因為該字元通常需要大量的轉譯。

標準可見 RFC 2152,《A Mail-Safe Transformation Format of Unicode》。

URL

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Base64編碼可用於在HTTP環境下傳遞較長的標識資訊。例如,在Java持久化系統Hibernate中,就採用了Base64來將一個較長的唯一識別碼(一般為128-bit的UUID)編碼為一個字串,用作HTTP表單和HTTP GET URL中的參數。在其他應用程式中,也常常需要把二進位資料編碼為適合放在URL(包括隱藏表單域)中的形式。此時,採用Base64編碼不僅比較簡短,同時也具有不可讀性,即所編碼的資料不會被人用肉眼所直接看到。

然而,標準的Base64並不適合直接放在URL裡傳輸,因為URL編碼器會把標準Base64中的/+字元變為形如%XX的形式,而這些%號在存入資料庫時還需要再進行轉換,因為ANSI SQL中已將%號用作萬用字元。

為解決此問題,可採用一種用於URL的改進Base64編碼,它不在末尾填充=號,並將標準Base64中的+/分別改成了-_,這樣就免去了在URL編解碼和資料庫儲存時所要做的轉換,避免了編碼資訊長度在此過程中的增加,並統一了資料庫、表單等處對象識別碼的格式。

另有一種用於正規表示式的改進Base64變種,它將+/改成了!-,因為+*以及前面在IRCu中用到的[]正規表示式中都可能具有特殊含義。

此外還有一些變種,它們將+/改為_-._(用作程式語言中的識別碼名稱)或.-(用於XML中的Nmtoken)甚至_:(用於XML中的Name)。

其他

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  • 垃圾訊息傳播者用Base64來避過反垃圾郵件工具,因為那些工具通常都不會翻譯Base64的訊息。
  • LDIF英語LDIF檔案,Base64用作編碼字串。

相關事件

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參見

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參考資料

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  1. ^ 存档副本. [2018-03-07]. (原始內容存檔於2018-07-23). 
  2. ^ 存档副本. [2018-03-07]. (原始內容存檔於2018-03-08). 

外部連結

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線上Base64編碼