base64原理解析

前言

附上代码

编码表

首先来简述一下base64的基本原理：

与base64进行异或运算

运行结果展示和小结

前言

本次代码基于本周的二进制作业，我们需要使用c或c++语言来实现以下要求

输入一个字符串，检查该字符串总ascii码值。如果值大于1000则对该字符串进行base64加密输出，否则与base64加密表进行异或输出。

大概就是三步
1.判断输入字符串的总值是否大于1000
2.如果大于1000的话我们将它使用base64加密输出
3.如果小于1000就和base64字符串进行异或输出（这里说到的和base64异或的意思就是假如我们输入了tnnd四个字符，那我们就需要和base64的前四个字符也就是ABCD本别异或再得到一个新的字符串。）

附上代码

我使用的是c语言

#include<stdio.h>
#include<string.h>void base64jiami(char a, char b, char c);
char a[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
char str[100];//待带输入的字符串
char s[100];//待输出的字符串
int i, j;int main()
{   printf("请输入字符串：");gets_s(str);int len = strlen(str);//输入字符串的长度int sum=0;int num;//得到ascii总值for (i = 0; i < len; i++){int num = str[i];sum = sum + num;}printf("您输入的字符串是：");puts(str);printf("您输入的字符串的ascii的总值为：");printf("%d", sum);printf("\n");
//对ascii的总值进行比较判断if(sum > 1000){printf("您输入的字符串的ascii总值大于1000，需要base64加密");printf("\n");for (i = 0, j = 0; i <= len - 3; i += 3, j += 4) {base64jiami(str[i], str[i + 1], str[i + 2]);}//但字符串的长度无法被3整除时if (len % 3 == 1){s[j] = a[str[len - 1] >> 2];s[j + 1] = a[str[len - 1]<< 4 & 0x3f];s[j + 2] = '=';s[j + 3] = '=';}if (len % 3 == 2) {s[j] = a[str[len - 2] >> 2];s[j+1] = a[(str[len - 2] << 4 | str[len - 1] >> 4) & 0x3f];s[j + 2] = a[(str[len - 1] << 2) & 0x3f];s[j + 3] = '=';}printf("base64加密之后为：");puts(s);printf("\n");}else {for (i = 0; i < len; i++) {s[i] = str[i] ^ a[i];}printf("由于您输入的字符串ascii总值小于1000，所以需要和base64进行异或输出\n");printf("加密后的字符串是：");puts(s);}}
void base64jiami(char x, char y, char z) {s[j] = a[x >> 2];s[j + 1] = a[(x << 4 | y >> 4) & 0x3f];s[j + 2] = a[(y << 2 | z >> 6) & 0x3f];s[j + 3] = a[z & 0x3f];
}

数值准备

void base64jiami(char a, char b, char c);
char a[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
char str[100];//待带输入的字符串
char s[100];//待输出的字符串
int i, j;

main主函数（用于判断ascii总值和加密输出）

int main()
{   printf("请输入字符串：");gets_s(str);int len = strlen(str);//输入字符串的长度int sum=0;int num;//得到ascii总值for (i = 0; i < len; i++){int num = str[i];sum = sum + num;}printf("您输入的字符串是：");puts(str);printf("您输入的字符串的ascii的总值为：");printf("%d", sum);printf("\n");
//对ascii的总值进行比较判断if(sum > 1000){printf("您输入的字符串的ascii总值大于1000，需要base64加密");printf("\n");for (i = 0, j = 0; i <= len - 3; i += 3, j += 4) {base64jiami(str[i], str[i + 1], str[i + 2]);}//但字符串的长度无法被3整除时if (len % 3 == 1){s[j] = a[str[len - 1] >> 2];s[j + 1] = a[str[len - 1]<< 4 & 0x3f];s[j + 2] = '=';s[j + 3] = '=';}if (len % 3 == 2) {s[j] = a[str[len - 2] >> 2];s[j+1] = a[(str[len - 2] << 4 | str[len - 1] >> 4) & 0x3f];s[j + 2] = a[(str[len - 1] << 2) & 0x3f];s[j + 3] = '=';}printf("base64加密之后为：");puts(s);printf("\n");}else {for (i = 0; i < len; i++) {s[i] = str[i] ^ a[i];}printf("由于您输入的字符串ascii总值小于1000，所以需要和base64进行异或输出\n");printf("加密后的字符串是：");puts(s);}}

base64加密函数

void base64jiami(char x, char y, char z) {s[j] = a[x >> 2];s[j + 1] = a[(x << 4 | y >> 4) & 0x3f];s[j + 2] = a[(y << 2 | z >> 6) & 0x3f];s[j + 3] = a[z & 0x3f];
}

编码表

下图是base64的编码表

这个代码中有些难度的就是要实现base64的移位运算。

首先来简述一下base64的基本原理：

在这里附上base64原理超详细讲解链接：point one time

例1，当我们输入的字符串刚好可以被3整除时：
在这里我输入了Man这三个字符-------将这三个字符的ASCII值转为二进制共24个字节-------6个字节为一组再转为十进制，然后在base64编码表中找到对应的字符
也就是一个简单的分割，原理我们知道了那我们怎么通过代码来实现呢？

void base64jiami(char x, char y, char z) {s[j] = a[x >> 2];s[j + 1] = a[(x << 4 | y >> 4) & 0x3f];s[j + 2] = a[(y << 2 | z >> 6) & 0x3f];s[j + 3] = a[z & 0x3f];
}

在我写的这串代码中我们使用x，y，z来代表我们输入的字符
使用for循环来3个3个进行分割，每次循环结束i=i+3，j=j+4；来确保我们将自己输入的代码分割成了3个一组，而后得到了四个一组的加密结果。

for (i = 0, j = 0; i <= len - 3; i += 3, j += 4) {base64jiami(str[i], str[i + 1], str[i + 2]);}

这串代码我们共用了三个数组
1.加密后的数组s[] 即s[0],s[1] ,s[2],s[3]
2.我们输入的字符串str[] str[0]=M, str[1]=a ,str[2]=n
3.base64字符串a[] ，即a[0] ,a[1], a[2] ,a[3] （这里的1，2，3仅代表编号）

1.得到s[0]
可以看到我们只是取了第一个字符二进制字节的前6个字节，所以只需要将str[0]右移2位就可以得到
即s[j] = a[x >> 2];

2.得到s[1]
可以看到我们取了第一个字符的前两个字节和第二个字符的前四个字节。也就是第一个字符的1，2字节位要补到5，6字节位，第二个字符的5，6，7，8字节位要作为1，2，3，4字节位。
首先我们将str[0]=M左移四位得到1101 0000
将str[1]=右移四位得到0000 0110
而后将两者进行或（|）运算得到 1101 0110
但是现在7，8位还是1，还要和0x3f 即 0011 1111进行与（&）运算得到 0001 0110
和0x3f进行与运算的目的就是把7，8位变为0.
即s[j + 1] = a[(x << 4 | y >> 4) & 0x3f];

3.得到s[2]
可以看到我们取了第二个字符的后四个字节还有第三个字符的前两个字节。根据得到s[1]的方法
str[1]左移2位得到1000 0100
str[2]右移6位得到0000 0001
两者进行或运算得到 0000 0101
再和0x3f进行与运算得到 0000 0101
即s[j + 2] = a[(y << 2 | z >> 6) & 0x3f];

4.得到s[3]
可以看到我们需要str[2]的后6位。
所以我们可以直接将str[2]和0x3f进行与运算
即s[j + 3] = a[z & 0x3f];

上面是当我们输入的字符串可以被3整除的情况，那如果不能整除呢？
当我们整除3余1时：

if (len % 3 == 1){s[j] = a[str[len - 1] >> 2];s[j + 1] = a[str[len - 1]<< 4 & 0x3f];s[j + 2] = '=';s[j + 3] = '=';}

第二个字符后面的字节补0，第三个和第四个字符直接变为“=”。这也是为什么“=“是我们判断base64加密的一个最主要的特征。

当整除3余2时：

if (len % 3 == 2) {s[j] = a[str[len - 2] >> 2];s[j+1] = a[(str[len - 2] << 4 | str[len - 1] >> 4) & 0x3f];s[j + 2] = a[(str[len - 1] << 2) & 0x3f];s[j + 3] = '=';}

第三个字符的后2个字节补0，第四个字符变为”=“。

以上就是base64编码的全部过程了。总的来说就是我们先把他按可以被3整除之后再去将最后一位或两位字符进行纠正就行了。第二步实现完成。

与base64进行异或运算

最后一步就非常简单了，一个for循环搞定！

 else {for (i = 0; i < len; i++) {s[i] = str[i] ^ a[i];}

运行结果展示和小结

ASCII总值大于1000时
ASCII总值小于1000时
通过本次作业对移位运算更加的熟练了，并且对base64的加密算法有了一个系统的了解。
see you！