Base64及其Python实现
来源:互联网 发布:吃金针菇拉金针菇知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/11 11:08
Base64及其Python实现
1. 什么是Base64
Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法
Base64是一种编码方式,提及编码方式,必然有其对应的字符集合。在Base64编码中,相互映射的两个集合是:
- 二进制数据
{0, 1}
{A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z, a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s, t, u, v, w, x, y, z, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, +, /}
Base64编码方式可使得信息在这两种字符集表示法之间相互等价转换。
因为Base64的编码方式是公开的,所以base64也可以算是公开算法的加密方法;但是只能简单的“加密”保护某些数据,决不能在需要安全等级较高的场景中使用,因为可以使用公开的编码方法轻易从base64字符表示的数据解码二进制数据。
2. base64编码过程
由于base64的字符集大小为64,那么,需要6个比特的二进制数作为一个基本单元表示一个base64字符集中的字符。因为6个比特有2^6=64种排列组合。
具体来说,编码过程如下:
- 将每三个字节作为一组,共24bit,若不足24bit在其后补充0;
- 将这24个bit分为4组,每一组6个bit;
- 在每组前加00扩展为8个bit,形成4个字节,每个字节表示base64字符集索引;
- 扩展后的8bit表示的整数作为索引,对应base64字符集的一个字符,这就是base64编码值;在处理最后的不足3字节时,缺一个字节索引字节取3个,最后填充一个=,;缺两个字节取2个索引字节,最后填充==。
解码时将过程逆向即可。
Base64索引表:
3.编码示例
示例一
Man的base64编码
- 第一步,’M’, ‘a’, ‘n’的ASCII值分别为77, 97, 110,对应的二进制值分别为:01001101, 01100001, 01101110;取三个字节共24bit:010011010110000101101110
- 第二步,将这24bit分为4组,每组6个bit:010011, 010110, 000101, 101110
- 每组前面加00,形成4个字节的,00010011, 00010110, 00000101, 00101110, 即19, 22, 5, 46
- 根据索引表,对应的base64字符分别是T, W, F, u
最后的base64字符串是: TWFu。
解码时将过程逆向即可。
示例二
剩余两个字节,BC的base64编码
- 第一步,’B’, ‘C’的ASCII值分别为66, 64, 对应二进制值分别为:01000010, 01000011;取三个字节,不足不0,共24bit:01000010, 01000011, 00000000
- 第二步,将这24bit分为4组,每组6个bit:010000, 100100, 0011***00, 000000***
- 每组前面加00,形成4个字节的,00010000, 00100100, 000011***00, 00000000***,即16, 36, 12, 0
- 由于’B’, ‘C’只有两个字节,缺一个字节,因此取3个索引;根据索引表,对应的base64字符分别是Q, k, M,最后填充一个=
最后的base64字符串是:QkM=
示例三
剩余一个字节,A的base64编码
- 第一步,’A’的ASCII值65, 对应二进制值为:01000001; 取三个字节,不足不0,共24bit:01000001, 00000000, 00000000
- 第二步,将这24bit分为4组,每组6个bit:010000, 01***0000, 000000, 000000***
- 每组前面加00,形成4个字节的,00010000, 0001***0000, 00000000, 00000000***,即16, 16, 0, 0
- 由于’A’只有一个字节,缺两个字节,因此取2个索引;根据索引表,对应的base64字符分别是Q, Q,最后填充==
最后的base64字符串是:QQ==
4. Python实现
"""base64实现"""import base64import string# base 字符集base64_charset = string.ascii_uppercase + string.ascii_lowercase + string.digits + '+/'def encode(origin_bytes): """ 将bytes类型编码为base64 :param origin_bytes:需要编码的bytes :return:base64字符串 """ # 将每一位bytes转换为二进制字符串 base64_bytes = ['{:0>8}'.format(str(bin(b)).replace('0b', '')) for b in origin_bytes] resp = '' nums = len(base64_bytes) // 3 remain = len(base64_bytes) % 3 integral_part = base64_bytes[0:3 * nums] while integral_part: # 取三个字节,以每6比特,转换为4个整数 tmp_unit = ''.join(integral_part[0:3]) tmp_unit = [int(tmp_unit[x: x + 6], 2) for x in [0, 6, 12, 18]] # 取对应base64字符 resp += ''.join([base64_charset[i] for i in tmp_unit]) integral_part = integral_part[3:] if remain: # 补齐三个字节,每个字节补充 0000 0000 remain_part = ''.join(base64_bytes[3 * nums:]) + (3 - remain) * '0' * 8 # 取三个字节,以每6比特,转换为4个整数 # 剩余1字节可构造2个base64字符,补充==;剩余2字节可构造3个base64字符,补充= tmp_unit = [int(remain_part[x: x + 6], 2) for x in [0, 6, 12, 18]][:remain + 1] resp += ''.join([base64_charset[i] for i in tmp_unit]) + (3 - remain) * '=' return respdef decode(base64_str): """ 解码base64字符串 :param base64_str:base64字符串 :return:解码后的bytearray;若入参不是合法base64字符串,返回空bytearray """ if not valid_base64_str(base64_str): return bytearray() # 对每一个base64字符取下标索引,并转换为6为二进制字符串 base64_bytes = ['{:0>6}'.format(str(bin(base64_charset.index(s))).replace('0b', '')) for s in base64_str if s != '='] resp = bytearray() nums = len(base64_bytes) // 4 remain = len(base64_bytes) % 4 integral_part = base64_bytes[0:4 * nums] while integral_part: # 取4个6位base64字符,作为3个字节 tmp_unit = ''.join(integral_part[0:4]) tmp_unit = [int(tmp_unit[x: x + 8], 2) for x in [0, 8, 16]] for i in tmp_unit: resp.append(i) integral_part = integral_part[4:] if remain: remain_part = ''.join(base64_bytes[nums * 4:]) tmp_unit = [int(remain_part[i * 8:(i + 1) * 8], 2) for i in range(remain - 1)] for i in tmp_unit: resp.append(i) return respdef valid_base64_str(b_str): """ 验证是否为合法base64字符串 :param b_str: 待验证的base64字符串 :return:是否合法 """ if len(b_str) % 4: return False for m in b_str: if m not in base64_charset: return False return Trueif __name__ == '__main__': s = '我的目标是星辰大海. One piece, all Blue'.encode() local_base64 = encode(s) print('使用本地base64加密:', local_base64) b_base64 = base64.b64encode(s) print('使用base64加密:', b_base64.decode()) print('使用本地base64解密:', decode(local_base64).decode()) print('使用base64解密:', base64.b64decode(b_base64).decode())
5. 中文的base64编码
其实base64编码只是在二进制与base64字符集之间映射的编码,与其他字符集毫无关系。其他字符集想要转换为base64编码,只需先将其转换为二进制,再做base64编码即可。
那么对于Unicode字符集而言,有多种编码方式将其装换为二进制,所以在编码过程中就需要统一编码,以免造成乱码。上述Python示例就将中文转换为base64,首先使用默认编码utf-8将字符串转换为二进制(使用Python的str.encode()
),再做base64编码;解码时候同样如此,先将base64字符串解码为二进制,再将二进制转换为字符串(使用Python的str.decode()
)
6. 参考资料
- 维基百科-Base64
- 百度百科-ASCII
- Base64及其Python实现
- python 实现base64编码
- base64解码 python实现
- Base64加密原理及其实现算法
- 决策树及其python实现
- 最小二乘法及其python实现
- 决策树及其Python实现
- Python 实现base64加密和解密
- base64编码原理及简单Python实现
- 为什么要使用Base64及其编码原理和实现
- python base64
- Base64编码及其作用
- Base64编码及其作用
- Base64编码及其作用
- Base64详解及其使用方法
- Base64编码及其作用
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