Base64編碼與解碼 Python實現

3. base64編碼

4. base64解碼

記錄學習base64編碼與解碼的思考以及通過python實現。

這裡請參考文章：一文徹底看懂base64原理

宣告：本文的均來自上述文章。

我的理解就是，將待編碼字元集合與二進位制之間相互的等價轉換情況。

注意：base64是一種可以算是公開的加密方法 ，只能加密保護某些資料。

本小節主要介紹位元組、二進位制、ascii碼等知識，如果很熟悉可以跳過。

資料儲存是以「位元組」（byte）為單位，資料傳輸大多是以「位」（bit，又名「位元」）為單位，乙個位就代表乙個0或1（即二進位制），每8個位（bit，簡寫為b）組成乙個位元組（byte，簡寫為b），是最小一級的資訊單位。

8bit(位)=1byte(位元組)

因為計算機通訊和儲存的時候都bai是以010101這樣的二進位制資料為基礎du的，這兒的乙個0和1佔的地方就叫bit(位),即乙個二進位制位。

ascii碼中：乙個英文本母（不bai分大小寫）佔乙個位元組的空間，du乙個中文漢字佔兩個位元組的空間。

ascii碼對照表：ascii碼對照表

base64_charset = string.ascii_uppercase + string.ascii_lowercase + string.digits +

'+/'

將三個位元組（字元）作為一組，也就轉換成3✖️8 = 24 bit，如果不足三個位元組（24bit），則補0。

再將上邊的24bit轉換成四組，即每組6bit。

將第二步得到的四組資料高位補0，實現完整的4個位元組，即4✖️8 = 32 bit，每個位元組表示base64的字符集索引。

將每個擴充套件後的新的8bit用作表示整數的索引，對應字符集的乙個字元，這就是編碼後的值。

最後處理在步驟1中不足3位元組的情況 ，缺乙個位元組索引，即為0時候，補乙個=，缺兩個就補兩個=。

注意：高位補0，可以讓原數不變，是高位。

str的相關用法

def

encode
(origin_str)
:# 將字串轉化為位元組
origin_bytes =
str(origin_str)
.encode(
)# 將每一位bytes轉換為二進位制字串，高位補0，這裡涉及str的format用法
str_bytes =[''
.format
(str
(bin
(b))
.replace(
'0b',''
))for b in origin_bytes]
resp =
''# 3個一組，整除3，看總共有多少組
group_nums =
len(str_bytes)//3
# 看餘數剩幾個字元
remain_str_nums =
len(str_bytes)%3
integral_part = str_bytes[0:
3* group_nums]
while integral_part:
# 取三個位元組，以每6位元，轉換為4個整數
tmp_bytes =
''.join(integral_part[0:
3]) tmp_bytes =
[int
(tmp_bytes[x: x +6]
,2)for x in[0
,6,12
,18]]
# 取對應base64字元
resp +=
''.join(
[base64_charset[i]
for i in tmp_bytes]
) integral_part = integral_part[3:
]if remain_str_nums:
# 補齊三個位元組，每個位元組補充 00000000
remain_part =
''.join(str_bytes[
3* group_nums:])
+(3- remain_str_nums)
*'0'*8
tmp_bytes =
[int
(remain_part[x: x +6]
,2)for x in[0
,6,12
,18]]
[: remain_str_nums +1]
# 這裡是對陣列進行擷取，為了防止產生不必要的資料
# 剩餘1位元組可構造2個base64字元，補充==；剩餘2位元組可構造3個base64字元，補充=
resp +=
''.join(
[base64_charset[i]
for i in tmp_bytes])+
(3- remain_str_nums)
*'='
return resp

判定給出的字串是不是乙個合法的經過base64編碼的字串。

對每乙個base64字元取下標索引，並轉換為6位二進位制字串。

取4個6位base64字元，作為3個位元組。

最後將不足四個的base64字元，進行其他處理。

# 判定是否合法

defisvalidbase64_str
(base64_str):if
len(base64_str)%4
:return
false
for b in base64_str:
if b not
in base64_charset and b is
not'='
:return
false
return
true
defdecode
(base64_str, isformat =
'0'):if
not isvalidbase64_str(base64_str)
:return
bytearray
# 對每乙個base64字元取下標索引，並轉換為6位二進位制字串
base64_bytes =[''
.format
(str
(bin
(base64_charset.index(s)))
.replace(
'0b',''
))for s in base64_str if
s !=
'=']
resp =
bytearray()
group_nums =
len(base64_bytes)//4
remain_str_nums =
len(base64_bytes)%4
integral_part = base64_bytes[0:
4* group_nums]
while integral_part:
# 取4個6位base64字元，作為3個位元組
tmp_str =
''.join(integral_part[0:
4]) tmp_str =
[int
(tmp_str[x: x +8]
,2)for x in[0
,8,16
]]for i in tmp_str:
integral_part = integral_part[4:
]if remain_str_nums:
remain_part =
''.join(base64_bytes[group_nums *4:
])tmp_str =
[int
(remain_part[i *8:
(i +1)
*8],
2)for i in
range
(remain_str_nums -1)
]for i in tmp_str:
output_str = resp.decode(
)if isformat ==
'1':
# 相應的處理
print
(isformat)
return output_str

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