Base64编码解码原理及C#编程实例

一. base64编码由来

为什么会有base64编码呢？因为有些网络传送渠道并不支持所有的字节，例如传统的邮件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。最好的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二进制文件的传送。把不可打印的字符也能用可打印字符来表示，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。

二. base64编码原理

看一下base64的索引表，字符选用了"a-z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符。数值代表字符的索引，这个是标准base64协议规定的，不能更改。64个字符用6个bit位就可以全部表示，一个字节有8个bit位，剩下两个bit就浪费掉了，这样就不得不牺牲一部分空间了。这里需要弄明白的就是一个base64字符是8个bit，但是有效部分只有右边的6个bit，左边两个永远是0。

　　那么怎么用6个有效bit来表示传统字符的8个bit呢？8和6的最小公倍数是24，也就是说3个传统字节可以由4个base64字符来表示，保证有效位数是一样的，这样就多了1/3的字节数来弥补base64只有6个有效bit的不足。你也可以说用两个base64字符也能表示一个传统字符，但是采用最小公倍数的方案其实是最减少浪费的。结合下边的图比较容易理解。man是三个字符，一共24个有效bit，只好用4个base64字符来凑齐24个有效位。红框表示的是对应的base64，6个有效位转化成相应的索引值再对应base64字符表，查出"man"对应的base64字符是"twfu"。说到这里有个原则不知道你发现了没有，要转换成base64的最小单位就是三个字节，对一个字符串来说每次都是三个字节三个字节的转换，对应的是base64的四个字节。这个搞清楚了其实就差不多了。

　　但是转换到最后你发现不够三个字节了怎么办呢？愿望终于实现了，我们可以用两个base64来表示一个字符或用三个base64表示两个字符，像下图的a对应的第二个base64的二进制位只有两个，把后边的四个补0就是了。所以a对应的base64字符就是qq。上边已经说过了，原则是base64字符的最小单位是四个字符一组，那这才两个字符，后边补两个"="吧。其实不用"="也不耽误解码，之所以用"="，可能是考虑到多段编码后的base64字符串拼起来也不会引起混淆。由此可见base64字符串只可能最后出现一个或两个"="，中间是不可能出现"="的。下图中字符"bc"的编码过程也是一样的。

三.编程实现(c#)

编码：

byte[] bytes=encoding.default.getbytes("要转换的字符串");
convert.tobase64string(bytes);

解码：

byte[] outputb = convert.frombase64string("ztkwrstj");
string orgstr= encoding.default.getstring(outputb);