浅谈base64编码

（1）base64是什么

Base64编码，是由64个字符组成编码集：26个大写字母A～Z，26个小写字母a～z，10个数字0～9，符号“+”与符号“/“。Base64编码的基本思路是将原始数据的三个字节拆分转化为四个字节，然后根据Base64的对应表，得到对应的编码数据。

当原始数据凑不够三个字节时，编码结果中会使用额外的符号“=”来表示这种情况。

(2) base64原理

下面是一个Base64 编码索引表：


一个Base64字符实际上代表着6个二进制位（bit），4个Base64字符对应3个字节字符串/二进制数据。3个字符为一组的base64编码方式如下表所示：

小于3个字符为一组的编码方式如下：

总结：base64过程

字符串➡️ASCII➡️二进制➡️按六位切割，不足则末尾补零➡️十进制➡️编码字符

最后处理完的编码字符再转字节中不再有base64以外的任何字符。

（3）base64测试

import base64

bs = 'you'.encode('utf-8')
print(base64.b64encode(bs).decode())

bs = 'yo'.encode('utf-8')
print(base64.b64encode(bs).decode())

bs = 'y'.encode('utf-8')
print(base64.b64encode(bs).decode())

运行结果如下：

eW91
eW8=
eQ==

注意，b64处理后的字符串长度，一定是4的倍数，如果在网页上看到有些密文的b64长度不是4的倍数，会报错。

例如

import base64

s = 'eW91'
ret = base64.b64decode(s)
print(ret)

s = 'eW91eQ=='
ret = base64.b64decode(s)
print(ret)

s = 'eW91eQ'  
ret = base64.b64decode(s)
print(ret)  #报错，因为长度不是4的倍数

运行结果如下：

Traceback (most recent call last):
    ret = base64.b64decode(s)
  File "/Library/Developer/CommandLineTools/Library/Frameworks/Python3.framework/Versions/3.9/lib/python3.9/base64.py", line 87, in b64decode
    return binascii.a2b_base64(s)
binascii.Error: Incorrect padding
b'you'
b'youy'

解决思路，base64长度要求，字符串长度必须是4的倍数，填充一下即可。

import base64

s = 'eW91eQ'
# ret = base64.b64decode(s)

s += ("=" * (4 - len(s) % 4))
print('填充后', s)
ret = base64.b64decode(s).decode()
print(ret)

运行后的结果如下：

填充后 eW91eQ==
youy

(4) base64变种

Base64 有几个常见的变种，包括 URL-safe Base64、Base64URL、以及Base64编码时所使用的填充字符。这些变种通常在标准 Base64 编码的基础上做出一些调整，使得编码结果更适合特定的应用场景。其中，URL-safe Base64 将标准 Base64 中的加号 “+” 和斜杠 “/” 替换为 “-” 和 “_”，以便在 URL 中安全传输数据而不需要进行额外的转义处理。Base64URL 在 URL-safe Base64 基础上移除了填充字符"="。填充字符通常用来确保原始数据能够按照固定块大小处理，但在某些情况下可能会被省略。

（5）为什么要base64编码

Base64 编码通常用于以下几种情况：

1. 传输数据：在网络传输中，有些协议只能传输文本数据，而不能直接传输二进制数据。Base64 编码可以将二进制数据转换为文本形式，以便在各种系统之间进行传输。
2. 编码邮件附件：由于电子邮件是基于文本的协议，无法直接发送二进制文件作为附件。在发送图片、音频或其他二进制文件时，需要使用 Base64 编码将这些二进制数据转换为文本形式，并通过邮件发送出去。
3. 存储数据：某些场景下需要将二进制数据以文本形式存储在数据库或文件中。Base64 编码可以将二进制数据转换为文本数据，方便存储和检索。
4. URL传参：在 URL 中传递特殊字符可能会导致解析错误或安全问题，因此需要对数据进行编码。Base64 编码可以确保数据以安全和标准的方式传递并且不会被破坏。
5. 加密算法：在一些加密算法中，Base64 编码可以用作中间步骤，例如将加密后的数据编码成文本形式进行传输或存储。

总的来说，Base64 编码提供了一种简单、有效的方法，用于在各种情况下处理二进制数据，并使其能够以文本形式传输、存储或展示。

(6) base64处理图片

将图片处理成base64编码，并存为.txt格式。

示例如下：

import base64

def image_to_base64(image_path):
    with open(image_path, "rb") as image_file:
        image_data = image_file.read()
        base64_data = base64.b64encode(image_data)
        return base64_data

image_path = "/Users/bruce_liu/Desktop/卡通.jpg"
base64_image_data = image_to_base64(image_path)

# 将 Base64 编码后的数据保存到新文件中
with open("example_base64.txt", "wb") as output_file:
    output_file.write(base64_image_data)

base64编码，还原图片。

示例如下：

import base64

with open('example_base64.txt', 'r') as f1, open('carton.png', 'wb') as f2:
    f2.write(base64.b64decode(f1.read()))