BASE64编码原理与Golang代码调用

一.概念简介

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2^6=64，所以每6个比特为一个单元，对应某个可打印字符。3个字节有24个比特，对应于4个Base64单元，即3个字节可由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系统中而不同。

Base64常用于在通常处理文本数据的场合，表示、传输、存储一些二进制数据

二.代码调用

在Golang中提供了代码库可以供我们直接调用，用于实现Base64的编码与解码，其提供了对两种格式的数据进行编码(与解码)

const encodeStd = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"
const encodeURL = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789-_"

来自golang源码base64.go

1.标准数据(encodeStd)

    msg := "Mac"
    //编码
    base64EncodedString := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(msg))
    fmt.Println("Base64编码后:", base64EncodedString)
    //解码
    base64DecodedByte, err := base64.StdEncoding.DecodeString(base64EncodedString)
    if err != nil {
        log.Panic(err)
    }
    fmt.Println("Base64解码后的字节数组:", base64DecodedByte)
    fmt.Println("Base64解码后:", string(base64DecodedByte))

返回打印结果

Base64编码后: TWFj
Base64解码后的字节数组: [77 97 99]
Base64解码后: Mac

2.URL数据(encodeURL)

msgUrl :="http://www.google.com"
    base64UrlEncodedString :=base64.URLEncoding.EncodeToString([]byte(msgUrl))
    fmt.Println("Base64编码后:", base64UrlEncodedString)
    base64UrlDecodedByte,err := base64.URLEncoding.DecodeString(base64UrlEncodedString)
    if err !=nil {
        log.Panic(err)
    }
    fmt.Println("Base64解码后的字节数组:", base64UrlDecodedByte)
    fmt.Println("Base64解码后:", string(base64UrlDecodedByte))

返回打印结果

Base64编码后: aHR0cDovL3d3dy5nb29nbGUuY29t
Base64解码后的字节数组: [104 116 116 112 58 47 47 119 119 119 46 103 111 111 103 108 101 46 99 111 109]
Base64解码后: http://www.google.com

三.编码原理

1.将每个字符转成ASCII编码(10进制)

fmt.Println([]byte(msg)) //[77 97 99]

2.将10进制编码转成2进制编码

fmt.Printf("%b",[]byte(msg)) 
//[1001101 1100001 1100011]

补齐8位为:

[01001101 01100001 01100011]

3.将2进制编码按照6位一组进行平分

010011 010110 000101 100011

4.转成10进制数

010011 ==> 1x2^0 + 1x2^1 + 0 + 0 + 1x2^4 = 19

010110 ==> 0 + 1x2^1 + 1x2^2 + 0 + 1x2^4 = 22

000101 ==> 1x2^0 + 0 + 1 x 2^2 + 0 + 0 + 0 = 5

100011 ==> 1x2^0 + 1x2^1 + 0 + 0 + 0 + 1x2^5 = 35

5.将十进制数作为索引，从Base64编码表中查找字符

19 对应 T
22 对应 W
5  对应 F
35 对应 j (注意是小写)

注意

若文本为3个字符，则刚好编码为4个字符长度(3 8 = 4 6)

若文本为2个字符，则编码为3个字符，尾部用一个"="补齐

若文本为1个字符，则编码为2个字符，尾部用两个"="补齐

四.Base58代码实现

Base58是用于Bitcoin中使用的一种独特的编码方式，主要用于产生Bitcoin的钱包地址。

相比Base64，Base58不使用数字"0"，字母大写"O"，字母大写"I"，和字母小写"l"，以及"+"和"/"符号。

设计Base58主要的目的是：

避免混淆。在某些字体下，数字0和字母大写O，以及字母大写I和字母小写l会非常相似。
不使用"+"和"/"的原因是非字母或数字的字符串作为帐号较难被接受。
没有标点符号，通常不会被从中间分行。
大部分的软件支持双击选择整个字符串。

但是这个base58的计算量比base64的计算量多了很多。因为58不是2的整数倍，需要不断用除法去计算。

而且长度也比base64稍微多了一点。

附上golang的代码实现

package main

import (
    "math/big"
    "bytes"
    "fmt"
)

func main() {
    /*
    测试Base58
     */

    //1.原始数据
    data1 := []byte{10, 20, 30, 40, 50, 60}
    data1 = append([]byte{0},data1...) //前缀+数据
    fmt.Println("原始数据：",data1)
    //Base58编码
    encode:=Base58Encode(data1)
    fmt.Println("Base58编码后：",encode) //[]byte
    fmt.Println(string(encode))
    //Base58解码
    decode:=Base58Decode(encode)
    fmt.Println("Base58解码后：",decode)

    //测试数据
    data2:="wangergou"
    encode2:=Base58Encode([]byte(data2))
    fmt.Println(encode2)
    fmt.Println(string(encode2))

    decode2:=Base58Decode(encode2)
    fmt.Println(decode2)
    fmt.Println(string(decode2))
    fmt.Println(string(decode2[1:])) //wangergou
}

//base64

/*
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/
0(零)，O(大写的o)，I(大写的i)，l(小写的L),+,/
 */

var b58Alphabet = []byte("123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz")

//字节数组转Base58，加密
func Base58Encode(input []byte) []byte {
    var result [] byte
    x := big.NewInt(0).SetBytes(input)
    //fmt.Println("x:",x)
    base := big.NewInt(int64(len(b58Alphabet)))//58
    //fmt.Println("base:",base)
    zero := big.NewInt(0)
    mod := &big.Int{}
    for x.Cmp(zero) != 0 {
        x.DivMod(x, base, mod)
        //fmt.Println("x:",x,",mod:",mod) //0-57
        result = append(result, b58Alphabet[mod.Int64()])
        //fmt.Println("result:",string(result))
    }
    //将得到result中的数据进行反转
    ReverseBytes(result)
    for b := range input { //遍历input数组：index,value
        if b == 0x00 {
            result = append([]byte{b58Alphabet[0]}, result...)
        } else {
            break
        }
    }
    //1 result

    return result

}

//Base58转字节数组，解密
func Base58Decode(input [] byte) []byte {
    result := big.NewInt(0)
    zeroBytes := 0
    for b := range input {
        if b == 0x00 {
            zeroBytes++
        }
    }
    fmt.Println("zeroBytes:",zeroBytes)
    payload := input[zeroBytes:]
    for _, b := range payload {
        charIndex := bytes.IndexByte(b58Alphabet, b)
        result.Mul(result, big.NewInt(58))
        result.Add(result, big.NewInt(int64(charIndex)))
    }

    decoded := result.Bytes()
    decoded = append(bytes.Repeat([]byte{byte(0x00)}, zeroBytes), decoded...)

    return decoded
}

//字节数组反转
func ReverseBytes(data []byte) {
    for i, j := 0, len(data)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 {
        data[i], data[j] = data[j], data[i]
    }
}