Base64編碼原理分析與PHP實現

Base64是一種基於64個可列印字元來表示位元據的表示方法。由於2的6次方等於64，所以每6個為一個單元，對應某個可列印字元。

三個bites有24個位元，對應於4個Base64單元，即3個位元組需要用4個可列印字元來表示。它可用來作為電子郵件的傳輸編碼。

在Base64中的可列印字元包括字母A-Z、a-z、數字0-9，這樣共有62個字元，此外兩個可列印符號在不同的系統中而不同。

如在mime（多用途郵件擴充）中，Base64的使用的64個可列印字元

A-Za-z:大小寫字母各26個

0-9:加上10個數字

+:加號

/:斜杠

一共64個字元,等號“=”用來作為尾碼用途

對應的轉換關係為

0-63：A-Za-z0-9+/

轉換的時候，將三個byte的資料，先後放入一個24bit的緩衝區中，先來的byte占高位。資料不足3byte的話，於緩衝器中剩下的bit用0補足。然後，每次取出6（因為26=64）個bit，按照其值選擇ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/中的字元作為編碼後的輸出。不斷進行，直到全部輸入資料轉換完成。

當原資料長度不是3的整數倍時, 如果最後剩下一個輸入資料，在編碼結果後加2個“=”；如果最後剩下兩個輸入資料，編碼結果後加1個“=”；如果沒有剩下任何資料，就什麼都不要加，這樣才可以保證資料還原的正確性。

執行個體分析：

編碼："Lailaiji"

通過查ASCII表找到對應關係

L:0x4c | a:0x61 | i:0x69 | l:0x6C | j:0x6A

因此轉換成二進位為：0100 1100 , 0110 0001 , 0110 1001 , 0110 1100 , 0110 0001 , 0110 1001 , 0110 1010 , 0110 1001

第一步：先取三個位元組的資料即：0100 1100 , 0110 0001 , 0110 1001，然後從這個三位元組中取出6位即010011，在最高位補充兩個位00使其成為1個byte，即0001 0011，剩餘的18位也如此迴圈，最終這三個位元組將擴充成為4個位元組即：0001 0011, 0000 0110, 0000 0101, 0010 1001

第二步，從剩餘的位元組序列中再重複第一步，走到小於3個位元組

第三步，這時剩餘位元組為：0110 1010，0110 1001不足3個位元組，需要在從低位以0進行補充，即成0110 1010，0110 1001，0000 0000重複第一步，得到：0001 1010，0010 0110， 0010 0100， 0000 0000，

經過以後的運算後，我們將得到一組位序列：

0001 0011, 0000 0110, 0000 0101, 0010 1001

0001 1011，0000 0110, 0000 0101, 0010 1001

0001 1010，0010 0110, 0010 0100, 0000 0000

轉換成十進位為：19，6，5，41，27，6，5，41，26，38，36，0

對應的字元為：T,G,F,p,b,G,F,p,a,m,k,A

特別注重的是，最後一個位元組0000 0000即0x00,通過查表為A,由於最後這8位是補充的，所以它應當被轉換成=號，而不是A

因此：最終結果為：TGFpbGFpamk=

PHP實現：

encode($input);echo "Encode:",$output.PHP_EOL;$output = $obj->decode($output);echo "Decode:",$output.PHP_EOL;class MyBase64{private $_table = array();private $_revtable = array();public function __construct(){$this->_initTable();}public function decode($string){$orign_len = strlen($string);$j = 0;$ret = null;for($i=0; $i<$orign_len; $i+=4){$chr1 = $this->getRevChr($string[$i]);$chr2 = $this->getRevChr($string[$i+1]);$chr3 = $this->getRevChr($string[$i+2]);$chr4 = $this->getRevChr($string[$i+3]);$_chr1 = $chr1<<2 | ($chr2&0x3F) >>4;$_chr2 = ($chr2&0x0F)<<4 | ($chr3&0xFC) >>2;$_chr3 = ($chr3&0x03)<<6 | $chr4;$ret .= chr($_chr1);$ret .= chr($_chr2);$ret .= chr($_chr3);}$ret = rtrim($ret);return $ret;}private function getRevChr($chr){if(isset($this->_revtable[$chr])){return $this->_revtable[$chr];}else{return 0;}}public function _decode($string){$orign_len = strlen($string);$de = null;$kv = array_flip($this->_table);$b  = null;for($i = 0 ;$i < $orign_len;$i++){$chr = $string[$i];if($chr != '='){$c = $kv[$chr];}else{$c = chr(0);}printf("%x",$c);$b[] = pack('C',$c);echo PHP_EOL;}for($i = 0 ;$i < count($b);$i+=3){$ch1 = ($b[$i]<<2) | ($b[$i+1]>>4);$ch2 = ($b[$i+1]<<4) | ($b[$i+2]>>2);$ch3 = ($b[$i+2]<<6) | ($b[$i+3]);printf('%08b,%08b,%08b',$ch1,$ch2,$ch3);echo PHP_EOL;printf('%08b,%08b',($b[$i]<<2) , ($b[$i+1]>>4));echo PHP_EOL;}}public function encode($string){$orign_len = strlen($string);$len       = intval(ceil($orign_len/3)*3);$bin       = pack('a'.$len,$string);$gen       = null;for($i=0; $i<$len; $i+=3){$ch1 = ord($bin[$i]) >> 2;$ch2 = ((ord($bin[$i]) & 0x03) << 4) | (ord($bin[$i+1]) >> 4);$ch3 = ((ord($bin[$i+1]) & 0x0F) << 2) | ((ord($bin[$i+2]) & 0xC0) >> 6);$ch4 = ord($bin[$i+2]) & 0x3F;$gen.= $this->_table[$ch1];$gen.= $this->_table[$ch2];$gen.= $this->_table[$ch3];$gen.= $this->_table[$ch4];}if($orign_len-$len){$gen = substr($gen,0, -abs($orign_len-$len));for($i=0;$i<$len-$orign_len;$i++){$gen .= '=';}}return $gen;}private function  _initTable(){$tbl = array();for($i=ord('A');$i<=ord('Z');$i++){$tbl[] = chr($i);}for($i=ord('a');$i<=ord('z');$i++){$tbl[] = chr($i);}for($i=ord('0');$i<=ord('9');$i++){$tbl[] = chr($i);}$tbl[]           = '+';$tbl[]           = '/';$reverse         = array_flip($tbl);$this->_table    = $tbl;$this->_revtable = $reverse;}}

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