学习Base64编码

所谓Base64编码，就是使用64个特别选出的ASCII字符来表示任意字符串。由于采用6bit编码，所以正好只需要64个字符。

计算机系统每个Byte长8Bit，通过3个byte=24bit=4个Base64字符的方式进行转换，转换后size增大33.33%，即3字节变成了4字节。如果经过压缩，实际size的增加将会微不足道。有大量应用场景，需要支持任意Binary Data与Text Data之间的互转，Base64编码几乎无处不在。

为什么需要Base64编码？

有些网络传输协议并不支持所有的字节编码，例如传统的Email邮件服务器，只支持可见字符的传送，像ASCII码的控制字符就不能通过邮件传送。这样用途就受到了很大的限制，比如图片二进制流的每个字节不可能全部是可见字符，所以就传送不了。一个解决方法就是在不改变传统协议的情况下，做一种扩展方案来支持任意二进制字节流的传送。把不可打印的字符通过可打印字符来表示，问题就解决了。Base64编码应运而生，Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。

Base64编码表

Base64编码，就是全部英文字母的大小写，加上10个数字，再加上+和/两个符号。（26*2+10+2=64）

Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII
0	A	65	16	Q	81	32	g	103	48	w	119
1	B	66	17	R	82	33	h	104	49	x	120
2	C	67	18	S	83	34	i	105	50	y	121
3	D	68	19	T	84	35	j	106	51	z	122
4	E	69	20	U	85	36	k	107	52	0	48
5	F	70	21	V	86	37	l	108	53	1	49
6	G	71	22	W	87	38	m	109	54	2	50
7	H	72	23	X	88	39	n	110	55	3	51
8	I	73	24	Y	89	40	o	111	56	4	52
9	J	74	25	Z	90	41	p	112	57	5	53
10	K	75	26	a	97	42	q	113	58	6	54
11	L	76	27	b	98	43	r	114	59	7	55
12	M	77	28	c	99	44	s	115	60	8	56
13	N	78	29	d	100	45	t	116	61	9	57
14	O	79	30	e	101	46	u	117	62	+	43
15	P	80	31	f	102	47	v	118	63	/	47

如何转换成Base64编码？

每3个byte一组，转换成4个字节的base64编码，转换后每个字节只有低6bit有效。

地址从右到左，从低到高，3个字节：
c7c6c5c4c3c2c1c0 | b7b6b5b4b3b2b1b0 | a7a6a5a4a3a2a1a0
拆成4个base64字节：
c5c4c3c2c1c0 | b3b2b1b0c7c6 | a1a0b7b6b5b4 | a7a6a5a4a3a2
最后转4字节ASCII编码

如果要编码的字节流不是3的倍数，最后会剩下1个或2个字节怎么办？

在进行Base64编码之前，先用\x00字节流在末尾补足，做Base64编码，最后在base64编码的末尾加上1个或2个=号，表示补了多少\x00字节，解码的时候反过来。

>>> import base64
>>> base64.b64encode(b'abcd')
b'YWJjZA=='
>>> base64.b64decode(b'YWJjZA==')
b'abcd'

abcd要补两个\x00，因此产生的base64编码有两个=号。（看到末尾带=号的字符串，就要想到可能是base64编码过的）

由于=号字符也可能出现在Base64编码中，但=号用在URL、Cookie里面会造成歧义，所以，很多Base64编码后会把=去掉。去掉=号之后，如何解码？

因为Base64是把3个字节变为4个可显示字节，所以，Base64编码的长度永远是4的倍数，因此，只需要加上=号，把Base64字符串的长度变为4的倍数，就可以正常解码了。

Data URI Scheme

将图片的Base64编码数据直接嵌入HTML页面内容，采用如下方法：

<img src="data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///666AA/123456asdWEFDVED" />

这种方法可以减少HTTP请求响应的数量，大部分网站都会将size较小的图片用这种方式嵌入网页。

data:<content type>;base64,<base64 data>

url safe的base64编码（Base64url）

由于标准的Base64编码后可能出现字符+和/，在URL中就不能直接作为参数，所以出现一种"url safe"的base64编码，其实就是把字符+和/分别变成-和_。

>> base64.urlsafe_b64decode(b'xy-_')
b'\xc7/\xbf'
>>> base64.urlsafe_b64decode(b'xy+/')
b'\xc7/\xbf'
>>> base64.b64decode(b'xy+/')
b'\xc7/\xbf'

Python3的base64模块

前面的代码示例，展示了base64模块的基本使用，同时此模块也可以在命令行直接使用：

$ echo '12345' | python3 -m base64
MTIzNDUK
$ echo '12345' | python3 -m base64 | python3 -m base64 -d
12345

Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII
0	A	65	16	Q	81	32	g	103	48	w	119
1	B	66	17	R	82	33	h	104	49	x	120
2	C	67	18	S	83	34	i	105	50	y	121
3	D	68	19	T	84	35	j	106	51	z	122
4	E	69	20	U	85	36	k	107	52	0	48
5	F	70	21	V	86	37	l	108	53	1	49
6	G	71	22	W	87	38	m	109	54	2	50
7	H	72	23	X	88	39	n	110	55	3	51
8	I	73	24	Y	89	40	o	111	56	4	52
9	J	74	25	Z	90	41	p	112	57	5	53
10	K	75	26	a	97	42	q	113	58	6	54
11	L	76	27	b	98	43	r	114	59	7	55
12	M	77	28	c	99	44	s	115	60	8	56
13	N	78	29	d	100	45	t	116	61	9	57
14	O	79	30	e	101	46	u	117	62	+	43
15	P	80	31	f	102	47	v	118	63	/	47

Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII
0	A	65	16	Q	81	32	g	103	48	w	119
1	B	66	17	R	82	33	h	104	49	x	120
2	C	67	18	S	83	34	i	105	50	y	121
3	D	68	19	T	84	35	j	106	51	z	122
4	E	69	20	U	85	36	k	107	52	0	48
5	F	70	21	V	86	37	l	108	53	1	49
6	G	71	22	W	87	38	m	109	54	2	50
7	H	72	23	X	88	39	n	110	55	3	51
8	I	73	24	Y	89	40	o	111	56	4	52
9	J	74	25	Z	90	41	p	112	57	5	53
10	K	75	26	a	97	42	q	113	58	6	54
11	L	76	27	b	98	43	r	114	59	7	55
12	M	77	28	c	99	44	s	115	60	8	56
13	N	78	29	d	100	45	t	116	61	9	57
14	O	79	30	e	101	46	u	117	62	+	43
15	P	80	31	f	102	47	v	118	63	/	47

Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII	Base64	字符	ASCII
0	A	65	16	Q	81	32	g	103	48	w	119
1	B	66	17	R	82	33	h	104	49	x	120
2	C	67	18	S	83	34	i	105	50	y	121
3	D	68	19	T	84	35	j	106	51	z	122
4	E	69	20	U	85	36	k	107	52	0	48
5	F	70	21	V	86	37	l	108	53	1	49
6	G	71	22	W	87	38	m	109	54	2	50
7	H	72	23	X	88	39	n	110	55	3	51
8	I	73	24	Y	89	40	o	111	56	4	52
9	J	74	25	Z	90	41	p	112	57	5	53
10	K	75	26	a	97	42	q	113	58	6	54
11	L	76	27	b	98	43	r	114	59	7	55
12	M	77	28	c	99	44	s	115	60	8	56
13	N	78	29	d	100	45	t	116	61	9	57
14	O	79	30	e	101	46	u	117	62	+	43
15	P	80	31	f	102	47	v	118	63	/	47