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iOS开发探索-Base64编码

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Base64编码原理

Base64编码之所以称为Base64,是因为其使用64个字符来对任意数据进行编码,同理有Base32、Base16编码。标准Base64编码使用的64个字符为:

Base64编码表

 

这64个字符是各种字符编码(比如ASCII编码)所使用字符的子集,基本,并且可打印。唯一有点特殊的是最后两个字符,因对最后两个字符的选择不同,Base64编码又有很多变种,比如Base64 URL编码。

Base64编码本质上是一种将二进制数据转成文本数据的方案。对于非二进制数据,是先将其转换成二进制形式,然后每连续6比特(2的6次方=64)计算其十进制值,根据该值在上面的索引表中找到对应的字符,最终得到一个文本字符串。

假设我们要对 Hello! 进行Base64编码,按照ASCII表,其转换过程如下图所示:

转换过程

 

可知 Hello! 的Base64编码结果为 SGVsbG8h ,原始字符串长度为6个字符,编码后长度为8个字符,每3个原始字符经Base64编码成4个字符,编码前后长度比4/3,这个长度比很重要 – 比原始字符串长度短,则需要使用更大的编码字符集,这并不我们想要的;长度比越大,则需要传输越多的字符,传输时间越长。Base64应用广泛的原因是在字符集大小与长度比之间取得一个较好的平衡,适用于各种场景。

是不是觉得Base64编码原理很简单?

但这里需要注意一个点:Base64编码是每3个原始字符编码成4个字符,如果原始字符串长度不能被3整除,那怎么办?使用0值来补充原始字符串。

以 Hello!! 为例,其转换过程为:

 

转换过程

 

注:图表中蓝色背景的二进制0值是额外补充的。

Hello!! Base64编码的结果为 SGVsbG8hIQAA 。最后2个零值只是为了Base64编码而补充的,在原始字符中并没有对应的字符,那么Base64编码结果中的最后两个字符 AA 实际不带有效信息,所以需要特殊处理,以免解码错误。

标准Base64编码通常用 = 字符来替换最后的 A,即编码结果为 SGVsbG8hIQ==。因为 = 字符并不在Base64编码索引表中,其意义在于结束符号,在Base64解码时遇到 = 时即可知道一个Base64编码字符串结束。

如果Base64编码字符串不会相互拼接再传输,那么最后的 = 也可以省略,解码时如果发现Base64编码字符串长度不能被4整除,则先补充 = 字符,再解码即可。

解码是对编码的逆向操作,但注意一点:对于最后的两个 = 字符,转换成两个 A 字符,再转成对应的两个6比特二进制0值,接着转成原始字符之前,需要将最后的两个6比特二进制0值丢弃,因为它们实际上不携带有效信息。

以下为示例代码

1.通过NSString+Base64分类来实现

 

`
#import “NSString+Base64.h”
@implementation NSString (Base64)

 

2. 调用方法实现

 

3.测试结果

Base64编码测试结果

切忌误用

可能会有人在不理解Base64编码的情况下,将其误用于数据加密或数据校验。

Base64是一种数据编码方式,目的是让数据符合传输协议的要求。标准Base64编码解码无需额外信息即完全可逆,即使你自己自定义字符集设计一种类Base64的编码方式用于数据加密,在多数场景下也较容易破解。

对于数据加密应该使用专门的目前还没有有效方式快速破解的加密算法。比如:对称加密算法AES-128-CBC,对称加密需要密钥,只要密钥没有泄露,通常难以破解;也可以使用非对称加密算法,如 RSA,利用极大整数因数分解的计算量极大这一特点,使得使用公钥加密的数据,只有使用私钥才能快速解密。

对于数据校验,也应该使用专门的消息认证码生成算法,如 HMAC – 一种使用单向散列函数构造消息认证码的方法,其过程是不可逆的、唯一确定的,并且使用密钥来生成认证码,其目的是防止数据在传输过程中被篡改或伪造。将原始数据与认证码一起传输,数据接收端将原始数据使用相同密钥和相同算法再次生成认证码,与原有认证码进行比对,校验数据的合法性。

总结

Base64兼顾字符集大小和编码后数据长度,并且可以灵活替换字符集的最后两个字符,以应对多样的需求,使其适用场景非常广泛。