Base64笔记

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1.
昨天的《MIME笔记》中提到，MIME主要使用两种编码转换方式----Quoted-printable和Base64----将8位的非英语字符转化为7位的ASCII字符。
                                                                                                                虽然这样的初衷，是为了满足电子邮件中不能直接使用非ASCII码字符的规定，但是也有其他重要的意义：

a）所有的二进制文件，都可以因此转化为可打印的文本编码，使用文本软件进行编辑；
b）能够对文本进行简单的加密。

2.
首先，简单介绍一下Quoted-printable编码转换方式。它主要用于ACSII文本中夹杂少量非ASCII码字符的情况，不适合于转换纯二进制文件。
它规定将每一个8位的字节，转换为3个字符。
第一个字符是"="号，这是固定不变的。
后面二个字符是二个十六进制数，分别代表了这个字节前四位和后四位的数值。
举例来说，ASCII码中"换页键"（form feed）是12，二进制形式是00001100，写成十六进制就是0C，因此它的编码值为"=0C"。"="号的ASCII值是61，二进制形式是00111101，因为它的编码值是"=3D"。除了可打印的ASCII码以外，所有其他字符都必须用这种方式进行转换。
所有可打印的ASCII码字符（十进制值从33到126）都保持原样不变，"="（十进制值61）除外。
3.
下面，详细介绍Base64的编码转换方式。
所谓Base64，就是说选出64个字符----小写字母a-z、大写字母A-Z、数字0-9、符号"+"、"/"（再加上作为垫字的"="，实际上是65个字符）----作为一个基本字符集。然后，其他所有符号都转换成这个字符集中的字符。
具体来说，转换方式可以分为四步。

第一步，将每三个字节作为一组，一共是24个二进制位。
第二步，将这24个二进制位分为四组，每个组有6个二进制位。
第三步，在每组前面加两个00，扩展成32个二进制位，即四个字节。
第四步，根据下表，得到扩展后的每个字节的对应符号，这就是Base64的编码值。

　　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　　　
　　15　P　　32　g　　　49　x
　　16　Q　　33　h　　　50　y

因为，Base64将三个字节转化成四个字节，因此Base64编码后的文本，会比原文本大出三分之一左右。
4.
举一个具体的实例，演示英语单词Man如何转成Base64编码。

Text content	M								a								n
ASCII	77								97								110
Bit pattern	0	1	0	0	1	1	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	0
Index	19						22						5						46
Base64-Encoded	T						W						F						u

第一步，"M"、"a"、"n"的ASCII值分别是77、97、110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110，将它们连成一个24位的二进制字符串010011010110000101101110。
第二步，将这个24位的二进制字符串分成4组，每组6个二进制位：010011、010110、000101、101110。
第三步，在每组前面加两个00，扩展成32个二进制位，即四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。它们的十进制值分别是19、22、5、46。
第四步，根据上表，得到每个值对应Base64编码，即T、W、F、u。

因此，Man的Base64编码就是TWFu。
5.
如果字节数不足三，则这样处理：

a）二个字节的情况：将这二个字节的一共16个二进制位，按照上面的规则，转成三组，最后一组除了前面加两个0以外，后面也要加两个0。这样得到一个三位的Base64编码，再在末尾补上一个"="号。
比如，"Ma"这个字符串是两个字节，可以转化成三组00010011、00010110、00010000以后，对应Base64值分别为T、W、E，再补上一个"="号，因此"Ma"的Base64编码就是TWE=。

b）一个字节的情况：将这一个字节的8个二进制位，按照上面的规则转成二组，最后一组除了前面加二个0以外，后面再加4个0。这样得到一个二位的Base64编码，再在末尾补上两个"="号。
比如，"M"这个字母是一个字节，可以转化为二组00010011、00010000，对应的Base64值分别为T、Q，再补上二个"="号，因此"M"的Base64编码就是TQ==。

6.
再举一个中文的例子，汉字"严"如何转化成Base64编码？
这里需要注意，汉字本身可以有多种编码，比如gb2312、utf-8、gbk等等，每一种编码的Base64对应值都不一样。下面的例子以utf-8为例。
首先，"严"的utf-8编码为E4B8A5，写成二进制就是三字节的"11100100 10111000 10100101"。将这个24位的二进制字符串，按照第3节中的规则，转换成四组一共32位的二进制值"00111001 00001011 00100010 00100101"，相应的十进制数为57、11、34、37，它们对应的Base64值就为5、L、i、l。
所以，汉字"严"（utf-8编码）的Base64值就是5Lil。
7.
在PHP语言中，有一对专门的函数用于Base64转换：base64_encode()用于编码、base64_decode()用于解码。
这对函数的特点是，它们不管输入文本的编码是什么，都会按照规则进行Base64编码。因此，如果你想得到utf-8编码下的Base64对应值，你就必须自己保证，输入的文本是utf-8编码的。
8.
这一节介绍如何用Javascript语言进行Base64编码。
首先，假定网页的编码是utf-8，我们希望对于同样的字符串，用PHP和Javascript可以得到同样的Base64编码。
这里就会产生一个问题。因为Javascript内部的字符串，都以utf-16的形式进行保存，因此编码的时候，我们首先必须将utf-8的值转成utf-16再编码，解码的时候，则是解码后还需要将utf-16的值转回成utf-8。
网上已经有人写好了现成的Javascript函数：
<blockquote>
/* utf.js - UTF-8  UTF-16 convertion
*
* Copyright (C) 1999 Masanao Izumo
* Version: 1.0
* LastModified: Dec 25 1999
* This library is free.  You can redistribute it and/or modify it.
*/
/*
* Interfaces:
* utf8 = utf16to8(utf16);
* utf16 = utf8to16(utf8);
*/
function utf16to8(str) {
    var out, i, len, c;
    out = "";
    len = str.length;
    for(i = 0; i < len; i++) {
        c = str.charCodeAt(i);
        if ((c >= 0x0001) && (c  0x07FF) {
            out += String.fromCharCode(0xE0 | ((c >> 12) & 0x0F));
            out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >>  6) & 0x3F));
            out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >>  0) & 0x3F));
        } else {
            out += String.fromCharCode(0xC0 | ((c >>  6) & 0x1F));
            out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >>  0) & 0x3F));
        }
    }
    return out;
}
function utf8to16(str) {
    var out, i, len, c;
    var char2, char3;
    out = "";
    len = str.length;
    i = 0;
    while(i < len) {
        c = str.charCodeAt(i++);
        switch(c >> 4)
        {
          case 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7:
            // 0xxxxxxx
            out += str.charAt(i-1);
            break;
          case 12: case 13:
            // 110x xxxx   10xx xxxx
            char2 = str.charCodeAt(i++);
            out += String.fromCharCode(((c & 0x1F)  4));
            out += base64EncodeChars.charAt((c2 & 0xF) > 2);
        out += base64EncodeChars.charAt(((c1 & 0x3)> 4));
        out += base64EncodeChars.charAt(((c2 & 0xF) >6));
        out += base64EncodeChars.charAt(c3 & 0x3F);
    }
    return out;
}
function base64decode(str) {
    var c1, c2, c3, c4;
    var i, len, out;
    len = str.length;
    i = 0;
    out = "";
    while(i < len) {
        /* c1 */
        do {
            c1 = base64DecodeChars[str.charCodeAt(i++) & 0xff];
        } while(i < len && c1 == -1);
        if(c1 == -1)
            break;
        /* c2 */
        do {
            c2 = base64DecodeChars[str.charCodeAt(i++) & 0xff];
        } while(i < len && c2 == -1);
        if(c2 == -1)
            break;
        out += String.fromCharCode((c1 > 4));
        /* c3 */
        do {
            c3 = str.charCodeAt(i++) & 0xff;
            if(c3 == 61)
                return out;
            c3 = base64DecodeChars[c3];
        } while(i < len && c3 == -1);
        if(c3 == -1)
            break;
        out += String.fromCharCode(((c2 & 0XF) > 2));

        /* c4 */
        do {
            c4 = str.charCodeAt(i++) & 0xff;
            if(c4 == 61)
                return out;
            c4 = base64DecodeChars[c4];
        } while(i < len && c4 == -1);
        if(c4 == -1)
            break;
        out += String.fromCharCode(((c3 & 0x03)