Base64 的原理、实现及应用

添加时间:2016-7-23 11:06:17 编辑:罗建东 阅读:506


Base64编码是基于64个字符(字符分别为:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxzy0123456789+/)的编码方式,因为2的6次方正好为64,所以我们用6bit就可以表示出64个字符,eg:000000对应'A',000001对应'B',111111对应'/'。
转换表如下:



按我们的习惯,一般都是1Byte=8bit(字符'a'=97=01100001)的使用,所以我们可以用24bit(6和8的最小公倍数)来进行分组,24正好是3BYTE,可以分出4组Base64的分组,需要编码的字符串有如下情况:

  • 被3整除:abc=01100001 01100010 01100011 分成Base64分组后为:011000 010110 001001 100011 即24 22 9 35,对应Base64编码的 YWJj
  • 除3余1:ab=01100001 01100010,分成Base64分组后为:011000 010110 0010,0010不够6bit,需要补0为:001000,得到YWI,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YWI=
  • 除3余2:a=011000010,分成Base64分组后为:011000 01,01不够6bit,需要补0为:010000,得到YQ,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YQ==

上面的文字归结为下图:


QQ截图20160411094646.png
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 * <p>Base64编码是基于64个字符(字符分别为:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxzy0123456789+/)的编码方式,
 * 因为2的6次方正好为64,所以我们用6bit就可以表示出64个字符,eg:000000对应A,000001对应B</p>
 * <p>按我们的习惯,一般都是1Byte=8bit(字符'a'=97=01100001)的使用,所以我们可以用24bit(6和8的最小公倍数)来进行分组,24正好事3BYTE,可以分出4组Base64的分组,需要编码的字符串有如下情况:
 * <li>被3整除:abc=01100001 01100010 01100011 分成Base64分组后为:011000 010110 001001 100011 即24 22 9 35,对应Base64编码的 YWJj</li>
 * <li>除3余1:ab=01100001 01100010,分成Base64分组后为:011000 010110 0010,0010不够6bit,需要补0为:001000,得到YWI,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YWI=</li>
 * <li>除3余2:a=011000010,分成Base64分组后为:011000 01,01不够6bit,需要补0为:010000,得到YQ,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YQ==</li>
 * </p>
 * @author chmod400
 *
 */ public class Base64Utils { private static String codeStr = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxzy0123456789+/"; private static char[] code = codeStr.toCharArray(); /**
     * 对字符串进行Base64编码
     * @param str
     * @return
     */ public static String encode(String str) { if(str == null) { throw new NullPointerException();
        }
        StringBuffer result = new StringBuffer(); // 字符串转为二进制 String binStr = str2Bin(str); // 6bit 为一个单元,需要补0的位数 int tail = binStr.length() % 6; if(tail != 0) {//最后剩2bit,需要补4位,剩4位需要补2bit tail = 6 - tail;
        } for(int i = 0; i < tail; i++) {
            binStr += "0";
        } for(int i = 0; i < binStr.length() / 6; i++) { int beginIndex = i * 6;
            String s = binStr.substring(beginIndex, beginIndex+6); // 二进制转十进制 int codePoint = Integer.valueOf(s, 2); // 对应的字符 char c = code[codePoint];
            result.append(c);
        } // 需要补=的位数 int groupNum = binStr.length() / 6;// 6bit为一组 if((groupNum % 4) != 0) {
            tail = 4 - groupNum % 4;
        } for(int i = 0; i < tail; i++) {
            result.append("=");
        } return result.toString();
    } /**
     * base64解码
     * @param str
     * @return
     */ public static String decode(String str) { if(str == null) { throw new NullPointerException();
        }
        StringBuffer result = new StringBuffer(); // 去除末尾的'=' int index = str.indexOf("="); if (index >= 0) {
            str = str.substring(0, index);
        } // base64字符串转换为二进制 String binStr = base64Str2Bin(str); // 将二进制按8bit一组还原成原字符 for(int i = 0; i < binStr.length() / 8; i++) { int beginIndex = i * 8;
            String s = binStr.substring(beginIndex, beginIndex+8);
            String c = bin2Str(s);
            result.append(c);
        } return result.toString();
    } /**
     * 字符串转换为二进制字符串
     * @param str
     * @return
     */ private static String str2Bin(String str) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer(); // 字符串转为字符数组 char[] c = str.toCharArray(); for(int i = 0; i < c.length; i++) { // 将每个字符转换为二进制 String s = Integer.toBinaryString(c[i]); // 需要补0的长度 int len = 8 - s.length(); for(int j = 0; j < len; j++) {
                s = "0" + s;
            }
            sb.append(s);
        } return sb.toString();
    } /**
     * Base64字符串转换为二进制字符串
     * @param str
     * @return
     */ private static String base64Str2Bin(String str) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer(); // 字符串转为字符数组 char[] c = str.toCharArray(); for(int i = 0; i < c.length; i++) { // 将每个字符转换为二进制 int index = codeStr.indexOf(c[i]);
            String s = Integer.toBinaryString(index); // 需要补0的长度 int len = 6 - s.length(); for(int j = 0; j < len; j++) {
                s = "0" + s;
            }
            sb.append(s);
        } return sb.toString();
    } /**
     * 二进制转换为字符串
     * @param binStr
     * @return
     */ private static String bin2Str(String binStr) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer(); for(int i = 0; i < binStr.length() / 8; i++) { int beginIndex = i * 8;
            String s = binStr.substring(beginIndex, beginIndex+8); // 二进制转十进制 int codePoint = Integer.valueOf(s, 2); // 对应的字符 char c = Character.toChars(codePoint)[0];
            sb.append(c);
        } return sb.toString();
    } public static void main(String[] args) {
        System.out.println(str2Bin("ab")); //        System.out.println(bin2Str("000001000001000001000000")); /*System.out.println(encode("a"));
        System.out.println(encode("ab"));
        System.out.println(encode("abc"));
        System.out.println(encode(""));
        System.out.println(encode(null));*/ //        System.out.println(encode(codeStr)); System.out.println(decode("YQ=="));
        System.out.println(decode("YWI="));
        System.out.println(decode("YWJj"));
        System.out.println(decode("QUJDREVGR0hJSktMTU5PUFFSU1RVVldYWVphYmNkZWZnaGlqa2xtbm9wcXJydHV2d3h6eTAxMjM0NTY3ODkrLw=="));
        System.out.println(decode(""));
        System.out.println(decode(null));
    }

}