Base 64 编码

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（一）Encoding VS. Encryption

很多人都以为编码（Encoding）和加密（Encryption）是同一个意思。编码和加密都是对格式的一种转换，但是它们是有区别的。编码是公开的，比如下面要介绍的Base 64编码，任何人都可以解码；而加密则相反，你只希望自己或者特定的人才可以对内容进行解密。

（二）Base 64编码

Base 64 Encoding有什么用？举个简单的例子，你使用SMTP协议 （Simple Mail Transfer Protocol 简单邮件传输协议）来发送邮件。因为这个协议是基于文本的协议，所以如果邮件中包含一幅图片，我们知道图片的存储格式是二进制数据（binary data），而非文本格式，我们必须将二进制的数据编码成文本格式，这时候Base 64 Encoding就派上用场了。

1. 编码原理

Base 64 Encoding 的编码原理是将每三个字节（byte）转换为四个字符，每个字符占6 bit。

6 bit一共有64种组合方式，也就是说该编码共需要使用至少64种字符（后面我们还会介绍一个特殊字符 =）。Base 64 Encoding使用了从 A 到 Z、a 到 z、0 到 9、以及 + 和 / 这些字符（即[A-Za-z0-9+/]）。

假设我们有三个字节的数据，byte[] {1, 2, 3}，用二进制表示为：

00000001 | 00000010 | 00000011

依据上面的原理，使用Base 64 Encoding编码后结果应该为：

000000 | 010000 | 001000 | 000011

转换为十进制为 0 | 16 | 8 | 3，对照上面的表，编码后的文本为 AQID

既然Base 64 Encoding将每三个字节转换为四个字符，那如果一幅图片的字节数不能被3整除该怎么办？

如果剩余一个字节，该字节同样被转换为四个字符。第一个6 bit 转换成一个字符，接下来2 bit 转换成一个字符（注意这里是向右添加0），最后添加两个=字符。

假设我们有四个字节的数据，byte[] {1, 2, 3, 4}，用二进制表示为：

00000001 | 00000010 | 00000011 | 00000100

依据上面的原理，使用Base 64 Encoding编码后结果应该为：

000000 | 010000 | 001000 | 000011 | 000001 | 000000

转换为十进制为 0 | 16 | 8 | 3 | 1 | 0，对照上面的表，编码后的文本为 AQIDBA==

如果不能被3整除，而余下两个字节，编码方式类似剩余一个字节，同样是转换成四个字符，最后一个字符用=。

假设我们有五个字节的数据，byte[] {1, 2, 3, 4, 5}，用二进制表示为：

00000001 | 00000010 | 00000011 | 00000100 | 00000101

依据上面的原理，使用Base 64 Encoding编码后结果应该为：

000000 | 010000 | 001000 | 000011 | 000001 | 000000 | 010100

转换为十进制为 0 | 16 | 8 | 3 | 1 | 0 | 20，对照上面的表，编码后的文本为 AQIDBAU=

2. 在.Net中的实现

在.Net中，将二进制数据编码为文本可以使用public static string ToBase64String(byte[] inArray)方法；从文本文件转换回二进制数据可以使用public static byte[] FromBase64String(string s)方法。

下面验证一下上面讲解的例子，分别将三组数据 byte[] {1, 2, 3}，byte[] {1, 2, 3, 4}，byte[] {1, 2, 3, 4, 5} 进行编码，并检验编码后的文本是否分别为AQID，AQIDBA==，AQIDBAU=。

byte[] binary1 = new byte[] { 1, 2, 3 };

string encoded1 = Convert.ToBase64String(binary1);

byte[] decoded1 = Convert.FromBase64String(encoded1);

Console.WriteLine("Encoded string: {0}, Decoded binary is equal to orignial binary? {1}"

, encoded1, binary1.SequenceEqual(decoded1));

byte[] binary2 = new byte[] { 1, 2, 3, 4};

string encoded2 = Convert.ToBase64String(binary2);

byte[] decoded2 = Convert.FromBase64String(encoded2);

Console.WriteLine("Encoded string: {0}, Decoded binary is equal to orignial binary? {1}"

, encoded2, binary2.SequenceEqual(decoded2));

byte[] binary3 = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5};

string encoded3 = Convert.ToBase64String(binary3);

byte[] decoded3 = Convert.FromBase64String(encoded3);

Console.WriteLine("Encoded string: {0}, Decoded binary is equal to orignial binary? {1}"

, encoded3, binary3.SequenceEqual(decoded3));

输出结果为：

Encoded string: AQID, Decoded binary is equal to orignial binary? True
Encoded string: AQIDBA==, Decoded binary is equal to orignial binary? True
Encoded string: AQIDBAU=, Decoded binary is equal to orignial binary? True

（三）总结

本文介绍了编码与加密的区别，为何要使用编码，以及Base 64 编码的原理，最后还介绍了Base 64 Encoding在.Net中的实现。