奇妙的Base64編碼

各位看官應該都是資深的網蟲了,小弟斗膽在此問問大家,平時上網時,除了泡MM、到論壇灌水、扔版磚……之外,進行的最多的是什麼活動?對了,你一定會說:是收發電子郵件!(誰敢說自己沒收/發過電子郵件的?拉出去槍斃了!!)

收/發E-mail的時候有一個安全性的問題——假想一下,你花了一整天時間給系花寫的情書,在發送的過程中被隔壁宿舍張三那小子截獲了(難道他是***??),更糟的是他是你的情敵啊……天,後果不堪設想!!因此,我們必須有一種比較可靠的加密方法,能夠對電子郵件的明文進行轉換,至少要得出一個無法被別人一眼就看出內容來的東西,而且編碼/解碼的速度還要足夠快。(這時你可以再假想一下啦,張三那傢伙截獲了你的肉麻情書,可是他一看:“咦?怎麼亂七八糟的?垃圾郵件!!”——這樣一來你不就逃過大難了?!)

Base64就是在這種背景下產生的加密方法。它的特點是:1、速度非常快。2、能夠將字符串A轉換成字符串B,而且如果你光看字符串B,是絕對猜不出字符串A的內容來的。不信嗎?讓我們來看看下面這串東西:

xOO6w6Osu7bTrbniwdnAz8LetcTnzbfXzOy12KOh

呵呵,是什麼啊?猜出來了嗎?其實它就是下面這段文字經過Base64編碼產生的東東:

你好,歡迎光臨老羅的繽紛天地!

介紹說完啦,讓我們開始探討實質性的東西。

Base64是網絡上最常見的用於傳輸8Bit字節代碼的編碼方式之一,大家可以查看RFC2045~RFC2049,上面有MIME的詳細規範。

Base64要求把每三個8Bit的字節轉換爲四個6Bit的字節(3*8 = 4*6 = 24),然後把6Bit再添兩位高位0,組成四個8Bit的字節,也就是說,轉換後的字符串理論上將要比原來的長1/3。

這樣說會不會太抽象了?不怕,我們來看一個例子:

轉換前 aaaaaabb ccccdddd eeffffff  
轉換後 00aaaaaa 00bbcccc 00ddddee 00ffffff

應該很清楚了吧?上面的三個字節是原文,下面的四個字節是轉換後的Base64編碼,其前兩位均爲0。

轉換後,我們用一個碼錶來得到我們想要的字符串(也就是最終的Base64編碼),這個表是這樣的:(摘自RFC2045)


                            Table 1: The Base64 Alphabet

      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


讓我們再來看一個實際的例子,加深印象!

轉換前 10101101 10111010 01110110  
轉換後 00101011 00011011 00101001 00110110
十進制 43 27 41 54
對應碼錶中的值 r b p 2


所以上面的24位編碼,編碼後的Base64值爲 rbp2
解碼同理,把 rbq2 的二進制位連接上再重組得到三個8位值,得出原碼。
(解碼只是編碼的逆過程,在此我就不多說了,另外有關MIME的RFC還是有很多的,如果需要詳細情況請自行查找。)

用更接近於編程的思維來說,編碼的過程是這樣的:

第一個字符通過右移2位獲得第一個目標字符的Base64表位置,根據這個數值取到表上相應的字符,就是第一個目標字符。
然後將第一個字符左移4位加上第二個字符右移4位,即獲得第二個目標字符。
再將第二個字符左移2位加上第三個字符右移6位,獲得第三個目標字符。
最後取第三個字符的右6位即獲得第四個目標字符。

在以上的每一個步驟之後,再把結果與 0x3F 進行 AND 位操作,就可以得到編碼後的字符了。

(感謝 Athena 指出以上描述中原有的一些錯誤!^_^)

So easy! That’s all!!!

可是等等……聰明的你可能會問到,原文的字節數量應該是3的倍數啊,如果這個條件不能滿足的話,那該怎麼辦呢?

我們的解決辦法是這樣的:原文的字節不夠的地方可以用全0來補足,轉換時Base64編碼用=號來代替。這就是爲什麼有些Base64編碼會以一個或兩個等號結束的原因,但等號最多隻有兩個。因爲:

餘數 = 原文字節數 MOD 3

所以餘數任何情況下都只可能是0,1,2這三個數中的一個。如果餘數是0的話,就表示原文字節數正好是3的倍數(最理想的情況啦)。如果是1的話,爲了讓Base64編碼是4的倍數,就要補2個等號;同理,如果是2的話,就要補1個等號。

講到這裏,大夥兒應該全明白了吧?如果還有不清楚的話就返回去再仔細看看,其實不難理解的。

下面我給出一個演示Base64編碼/解碼的程序,希望能對您有用。同時也希望您幫我完善它,利用它做出更多的用途,到時別忘了通知我一聲啊!

using System;
using System.Text;

namespace Common
{
    /// <summary>
    /// 實現Base64加密解密
    /// 作者:周公
    /// 時間:2007
    /// </summary>
    public sealed class Base64
    {
        /// <summary>
        /// Base64加密
        /// </summary>
        /// <param name="codeName">加密採用的編碼方式</param>
        /// <param name="source">待加密的明文</param>
        /// <returns></returns>
        public static string EncodeBase64(Encoding encode, string source)
        {
            byte[] bytes = encode.GetBytes(source);
            try
            {
                encode = Convert.ToBase64String(bytes);
            }
            catch
            {
                encode = source;
            }
            return encode;
        }

        /// <summary>
        /// Base64加密,採用utf8編碼方式加密
        /// </summary>
        /// <param name="source">待加密的明文</param>
        /// <returns>加密後的字符串</returns>
        public static string EncodeBase64(string source)
        {
            return EncodeBase64(Encoding.UTF8, source);
        }

        /// <summary>
        /// Base64解密
        /// </summary>
        /// <param name="codeName">解密採用的編碼方式,注意和加密時採用的方式一致</param>
        /// <param name="result">待解密的密文</param>
        /// <returns>解密後的字符串</returns>
        public static string DecodeBase64(Encoding encode, string result)
        {
            string decode = "";
            byte[] bytes = Convert.FromBase64String(result);
            try
            {
                decode = encode.GetString(bytes);
            }
            catch
            {
                decode = result;
            }
            return decode;
        }

        /// <summary>
        /// Base64解密,採用utf8編碼方式解密
        /// </summary>
        /// <param name="result">待解密的密文</param>
        /// <returns>解密後的字符串</returns>
        public static string DecodeBase64(string result)
        {
            return DecodeBase64(Encoding.UTF8, result);
        }
    }
 

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章