Base64加密转换原理与代码实现

一、Base64实现转换原理

　　它是用64个可打印字符表示二进制所有数据方法。由于2的6次方等于64，所以可以用每6个位元（bit）为一个单元，对应某个可打印字符。我们知道三个字节（byte）有24个位元，就可以刚好对应于4个Base64单元，即3个字节需要用4个Base64的可打印字符来表示。

　　· 可打印符号：

　　在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9 ，这样共有62个字符，此外两个可打印符号在不同的系统中一般有所不同。但是，我们经常所说的Base64另外2个字符是：“+/”。这64个字符，所对应表如下：

编号	字符		编号	字符		编号	字符		编号	字符
0	A		16	Q		32	g		48	w
1	B		17	R		33	h		49	x
2	C		18	S		34	i		50	y
3	D		19	T		35	j		51	z
4	E		20	U		36	k		52	0
5	F		21	V		37	l		53	1
6	G		22	W		38	m		54	2
7	H		23	X		39	n		55	3
8	I		24	Y		40	o		56	4
9	J		25	Z		41	p		57	5
10	K		26	a		42	q		58	6
11	L		27	b		43	r		59	7
12	M		28	c		44	s		60	8
13	N		29	d		45	t		61	9
14	O		30	e		46	u		62	+
15	P		31	f		47	v		63	/

　　

　　仔细思考一下，你会很快发现，一个问题，就是每次转换的字节数不一定就是24的整数倍，会出现有多余不足六位的情况，在base64中处理的方法是加零凑够六位，但是这样一来在解码的时候就会出现多余的位  这该怎么办呢？ base64想到了一个很好的解决办法。这个办法就是在 base64凑零的同时，还要满足凑出来的位数是8的倍数，不然就加一个或者两个特殊的六位  =  符号。为什么是一个或者两个=符号呢？ 因为多个8位转为6位 只会出现 剩余 2位，4位的情况，剩余2位 只需要一个 表示六位的 =  便可变为8的整数；而剩余4位 需要两个表示6位的 = 便可以变成16 是8的整数。然后在解密的时候不解析 =即可。

     之所以位的总数需要凑成8的倍数，是因为base64主要用于加密后的数据传送，而在传送机制中都认为传送的最小单位是按照字节算的，所以不能出现不是位总数不是8的倍数的情况，在接收到数据后，按顺序将6位的base64直接按照顺序解密成字节就完成解密了。

· 转换过程：

　　　　① 将三个byte（字节）的数据，先后放入一个24bit（位）的缓冲区中，先来的byte占高位。数据不足 3 byte的话，于缓冲区中剩下的bit用0补足。

　　　　② 然后，每次取出6个bit，按照其值选择 ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/ 中的字符作为编码后的输出。不断进行，直到全部输入数据转换完成。

   　　　 ③    如果最后剩下两个输入数据，在编码结果后加1个“=”；

　　　　　　如果最后剩下一个输入数据，编码结果后加2个“=”；

　　　　　　如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证资料还原的正确性。

　　　编码后的数据比原始数据略长，为原来的4/3。

文本	M								a								n
ASCII编码	77								97								110
二进制位	0	1	0	0	1	1	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	0
索引	19						22						5						46
Base64编码	T						W						F						u

     M的Ascii码是77,前六位对应值为19，对应base64字符是T，如此类推。其它字符编码就可以自动转换得到！我们看看另外不是刚好是3个字节的情况！

文本（1 Byte）	A
二进制位	0	1	0	0	0	0	0	1
二进制位（补0）	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
Base64编码	Q						Q						=						=
文本（2 Byte）	B								C
二进制位	0	1	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1			x	x	x	x	x	x
二进制位（补0）	0	1	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	x	x	x	x	x	x
Base64编码	Q						k						M						=

二、Base64转换代码实现

public class Base64Util {
    private static final char last2byte = (char) Integer.parseInt("00000011", 2);
    private static final char last4byte = (char) Integer.parseInt("00001111", 2);
    private static final char last6byte = (char) Integer.parseInt("00111111", 2);
    private static final char lead6byte = (char) Integer.parseInt("11111100", 2);
    private static final char lead4byte = (char) Integer.parseInt("11110000", 2);
    private static final char lead2byte = (char) Integer.parseInt("11000000", 2);
    private static final char[] encodeTable = new char[]
            {
                    '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', '+', '/'
            };

    public Base64Util() {
    }

    public static String encode(byte[] from) {
        StringBuilder to = new StringBuilder((int) ((double) from.length * 1.34D) + 3);
        int num = 0;
        char currentByte = 0;

        int i;
        for (i = 0; i < from.length; ++i) {
            for (num %= 8; num < 8; num += 6) {
                switch (num) {
                    case 0:
                        currentByte = (char) (from[i] & lead6byte);
                        currentByte = (char) (currentByte >>> 2);
                    case 1:
                    case 3:
                    case 5:
                    default:
                        break;
                    case 2:
                        currentByte = (char) (from[i] & last6byte);
                        break;
                    case 4:
                        currentByte = (char) (from[i] & last4byte);
                        currentByte = (char) (currentByte << 2);
                        if (i + 1 < from.length) {
                            currentByte = (char) (currentByte | (from[i + 1] & lead2byte) >>> 6);
                        }
                        break;
                    case 6:
                        currentByte = (char) (from[i] & last2byte);
                        currentByte = (char) (currentByte << 4);
                        if (i + 1 < from.length) {
                            currentByte = (char) (currentByte | (from[i + 1] & lead4byte) >>> 4);
                        }
                }

                to.append(encodeTable[currentByte]);
            }
        }

        if (to.length() % 4 != 0) {
            for (i = 4 - to.length() % 4; i > 0; --i) {
                to.append("=");
            }
        }

        return to.toString();
    }
}