密码学-编码算法：Base64编码原理和使用_base64.getencoder().encodetostring

1.Base64简介

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一，Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。Base64编码是从二进制到字符的过程，可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。采用Base64编码具有不可读性，需要解码后才能阅读。

在参数传输的过程中经常遇到的一种情况：使用全英文的没问题，但一旦涉及到中文就会出现乱码情况。与此类似，网络上传输的字符并不全是可打印的字符，比如二进制文件、图片等。Base64的出现就是为了解决此问题，它是基于64个可打印的字符来表示二进制的数据的一种方法。

标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它在末尾填充'='号，并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“-”和“_”，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。

电子邮件刚问世的时候，只能传输英文，但后来随着用户的增加，中文、日文等文字的用户也有需求，但这些字符并不能被服务器或网关有效处理，因此Base64就登场了。随之，Base64在URL、Cookie、网页传输少量二进制文件中也有相应的使用。

在做支付系统时，系统之间的报文交互都需要使用Base64对明文进行转码，然后再进行签名或加密，之后再进行(或再次Base64)传输。

简单地说：为了在网络间更方便的传输数据或本地存储字节数组而产生的。(比如：把字节流编码成base64)

2.Base64的编码原理

Base64的原理比较简单，每当我们使用Base64时都会先定义一个类似这样的数组：

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

2.1具体转换步骤：

第一步，将待转换的字符串每三个字节分为一组，每个字节占8bit，那么共有24个二进制位。

第二步，将上面的24个二进制位每6个一组，共分为4组。

第三步，在每组前面添加两个0，每组由6个变为8个二进制位，总共32个二进制位，即四个字节。

第四步，根据Base64编码对照表(见下图)获得对应的值。

 从上面的步骤我们发现：

Base64字符表中的字符原本用6个bit就可以表示，现在前面添加2个0，变为8个bit，会造成一定的浪费。因此，Base64编码之后的文本，要比原文大约三分之一。

为什么使用3个字节一组呢？因为6和8的最小公倍数为24，三个字节正好24个二进制位，每6个bit位一组，恰好能够分为4组。

2.2示例说明

以下图的表格为示例，我们具体分析一下整个过程。

 第一步：“M”、“a”、"n"对应的ASCII码值分别为77，97，110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110。如图第二三行所示，由此组成一个24位的二进制字符串。

第二步：如图红色框，将24位每6位二进制位一组分成四组。

第三步：在上面每一组前面补两个0，扩展成32个二进制位，此时变为四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。分别对应的值（Base64编码索引）为：19、22、5、46。

第四步：用上面的值在Base64编码表中进行查找，分别对应：T、W、F、u。因此“Man”Base64编码之后就变为：TWFu。

2.3位数不足情况

上面是按照三个字节来举例说明的，如果字节数不足三个，那么该如何处理？

 两个字节：两个字节共16个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时总共16个二进制位，每6个一组，则第三组缺少2位，用0补齐，得到三个Base64编码，第四组完全没有数据则用“=”补上。因此，上图中“BC”转换之后为“QKM=”；

一个字节：一个字节共8个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时共8个二进制位，每6个一组，则第二组缺少4位，用0补齐，得到两个Base64编码，而后面两组没有对应数据，都用“=”补上。因此，上图中“A”转换之后为“QQ==”；

2.4注意事项

大多数编码都是由字符串转化成二进制的过程，而Base64的编码则是从二进制转换为字符串。与常规恰恰相反，Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制领域，不能算得上加密，只是无法直接看到明文。也可以通过打乱Base64编码来进行加密。

中文有多种编码(比如：utf-8、gb2312、gbk等)，不同编码对应Base64编码结果都不一样。

3.java验证

在Java 8中，Base64编码已经成为Java类库的标准。

Java 8 内置了 Base64 编码的编码器和解码器。

Base64工具类提供了一套静态方法获取下面三种BASE64编解码器：

基本：输出被映射到一组字符A-Za-z0-9+/，编码不添加任何行标，输出的解码仅支持A-Za-z0-9+/。

URL：输出映射到一组字符A-Za-z0-9+_，输出是URL和文件。

MIME：输出隐射到MIME友好格式。输出每行不超过76字符，并且使用'\r'并跟随'\n'作为分割。编码输出最后没有行分割。

public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        //String name = "卢锡安";
        //String encodeName = Base64.getEncoder().encodeToString(name.getBytes("gb2312"));
        //System.out.println(encodeName);
        //
        //byte[] decode = Base64.getDecoder().decode(encodeName);
        //System.out.println(new String(decode,"gb2312"));
 
        String name = "Man";
        String encodeName = Base64.getEncoder().encodeToString(name.getBytes("ASCII"));
        System.out.println("Base64编码为：" + encodeName);//Base64编码为：TWFu
 
        byte[] decode = Base64.getDecoder().decode(encodeName);
        System.out.println("Base64解码为：" + new String(decode, "ASCII"));//Base64解码为：Man
    }

4.PDF和Base64的相互转换

package test00simple;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
 
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
 
public class Test9 {
 
    static BASE64Encoder encoder = new sun.misc.BASE64Encoder();
    static BASE64Decoder decoder = new sun.misc.BASE64Decoder();
 
    public static void main(String[] args) {
 
        // 将PDF格式文件转成base64编码
        String base64String = getPDFBinary(new File("E:\\iotest\\base64\\javase.pdf"));
        System.out.println(base64String);
        // 将base64的编码转成PDF格式文件
        base64StringToPDF(base64String);
    }
 
    /**
     *  将PDF转换成base64编码
     *  1.使用BufferedInputStream和FileInputStream从File指定的文件中读取内容；
     *  2.然后建立写入到ByteArrayOutputStream底层输出流对象的缓冲输出流BufferedOutputStream
     *  3.底层输出流转换成字节数组，然后由BASE64Encoder的对象对流进行编码
     * */
    static String getPDFBinary(File file) {
        FileInputStream fin = null;
        BufferedInputStream bin = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        BufferedOutputStream bout = null;
        try {
            // 建立读取文件的文件输出流
            fin = new FileInputStream(file);
            // 在文件输出流上安装节点流（更大效率读取）
            bin = new BufferedInputStream(fin);
            // 创建一个新的 byte 数组输出流，它具有指定大小的缓冲区容量
            baos = new ByteArrayOutputStream();
            // 创建一个新的缓冲输出流，以将数据写入指定的底层输出流
            bout = new BufferedOutputStream(baos);
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = bin.read(buffer);
            while (len != -1) {
                bout.write(buffer, 0, len);
                len = bin.read(buffer);
            }
            // 刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节，必须这行代码，否则有可能有问题
            bout.flush();
            byte[] bytes = baos.toByteArray();
            // sun公司的API
            return encoder.encodeBuffer(bytes).trim();
            // apache公司的API
            // return Base64.encodeBase64String(bytes);
 
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fin.close();
                bin.close();
                // 关闭 ByteArrayOutputStream 无效。此类中的方法在关闭此流后仍可被调用，而不会产生任何 IOException
                // IOException
                // baos.close();
                bout.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return null;
    }
 
 
    /**
     * 将base64编码转换成PDF
     *
     * @param base64sString
     *            1.使用BASE64Decoder对编码的字符串解码成字节数组
     *            2.使用底层输入流ByteArrayInputStream对象从字节数组中获取数据；
     *            3.建立从底层输入流中读取数据的BufferedInputStream缓冲输出流对象；
     *            4.使用BufferedOutputStream和FileOutputSteam输出数据到指定的文件中
     */
    static void base64StringToPDF(String base64sString) {
        BufferedInputStream bin = null;
        FileOutputStream fout = null;
        BufferedOutputStream bout = null;
        try {
            // 将base64编码的字符串解码成字节数组
            byte[] bytes = decoder.decodeBuffer(base64sString);
            // apache公司的API
            // byte[] bytes = Base64.decodeBase64(base64sString);
            // 创建一个将bytes作为其缓冲区的ByteArrayInputStream对象
            ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bytes);
            // 创建从底层输入流中读取数据的缓冲输入流对象
            bin = new BufferedInputStream(bais);
            // 指定输出的文件
            File file = new File("E:\\iotest\\base64\\javasetest.pdf");
            // 创建到指定文件的输出流
            fout = new FileOutputStream(file);
            // 为文件输出流对接缓冲输出流对象
            bout = new BufferedOutputStream(fout);
 
            byte[] buffers = new byte[1024];
            int len = bin.read(buffers);
            while (len != -1) {
                bout.write(buffers, 0, len);
                len = bin.read(buffers);
            }
            // 刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节，必须这行代码，否则有可能有问题
            bout.flush();
 
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                bin.close();
                fout.close();
                bout.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

原文链接：

一篇文章彻底弄懂Base64编码原理_程序新视界-CSDN博客_base64编码原理

PDF 跟 Base64 相互转换_heihei1314A的博客-CSDN博客_pdf在线转成base64