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Base64编码原理分析与PHP实现

2018年10月25日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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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。由于2的6次方等于64,所以每6个为一个单元,对应某个可打印字符。

三个bites有24个比特,对应于4个base64单元,即3个字节需要用4个可打印字符来表示。它可用来作为电子邮件的传输编码。

 

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中而不同。

 

如在mime(多用途邮件扩展)中,base64的使用的64个可打印字符

 

a-za-z:大小写字母各26个

 

0-9:加上10个数字

 

+:加号

 

/:斜杠

 

一共64个字符,等号“=”用来作为后缀用途

 

对应的转换关系为

 

0-63:a-za-z0-9+/

 

 

 

转换的时候,将三个byte的数据,先后放入一个24bit的缓冲区中,先来的byte占高位。数据不足3byte的话,于缓冲器中剩下的bit用0补足。然后,每次取出6(因为26=64)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。

 

当原数据长度不是3的整数倍时, 如果最后剩下一个输入数据,在编码结果后加2个“=”;如果最后剩下两个输入数据,编码结果后加1个“=”;如果没有剩下任何数据,就什么都不要加,这样才可以保证数据还原的正确性。

 

实例分析:

 

编码:"lailaiji"

 

通过查ascii表找到对应关系

 

l:0x4c |  a:0x61  | i:0x69   |  l:0x6c    |  j:0x6a

 

因此转换成二进制为:0100 1100 , 0110 0001 , 0110 1001 , 0110 1100 ,  0110 0001 , 0110 1001 , 0110 1010 ,  0110 1001

 

第一步:先取三个字节的数据即:0100 1100 , 0110 0001 , 0110 1001,然后从这个三字节中取出6位即010011,在最高位补充两个位00使其成为1个byte,即0001 0011,剩余的18位也如此循环,最终这三个字节将扩展成为4个字节即:0001 0011, 0000 0110, 0000 0101, 0010 1001

 

第二步,从剩余的字节序列中再重复第一步,走到小于3个字节

 

第三步,这时剩余字节为:0110 1010,0110 1001不足3个字节,需要在从低位以0进行补充,即成0110 1010,0110 1001,0000 0000重复第一步,得到:0001 1010,0010 0110, 0010 0100, 0000 0000,

 

经过以后的运算后,我们将得到一组位序列:

 

0001 0011, 0000 0110, 0000 0101, 0010 1001

 

0001 1011,0000 0110, 0000 0101, 0010 1001

 

0001 1010,0010 0110, 0010 0100, 0000 0000 

 

转换成十进制为:19,6,5,41,27,6,5,41,26,38,36,0

 

对应的字符为:t,g,f,p,b,g,f,p,a,m,k,a

 

特别注重的是,最后一个字节0000 0000即0x00,通过查表为a,由于最后这8位是补充的,所以它应当被转换成=号,而不是a

 

因此:最终结果为:tgfpbgfpamk=

 

php实现:

 

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<?php

$input = '赖来基';

$obj = new mybase64();

$output = $obj->encode($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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