前言

在網絡中傳遞參數時，我們經常會對參數進行Base64編碼，那么Go 語言中如何進行Base64編碼呢？Base64編碼的原理是怎樣的呢？通過這篇文章一起來了解下吧！

Go Base64編碼

標準Base64編碼

// 標準Base64編碼
?? ?src := "hello world"
?? ?res := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(src))
?? ?fmt.Println(res) // aGVsbG8gd29ybGQ=

?? ?// 標準Base64解碼
?? ?s, err := base64.StdEncoding.DecodeString(res)
?? ?fmt.Println(string(s), err) // hello world <nil>

Base64 URL 編碼

標準Base64編碼后會有 ‘+‘號，在HTTP URL傳輸時，'+‘號會被解析成空格，這樣服務端接收到的數據和傳輸的數據就不一致。因此衍生出了Base64 URL編碼，這種編碼會把’+‘變為’-'，便于在URL中傳輸。

因此如果想要將編碼后的數據放在 HTTP URL中傳輸，應該使用該編碼方式。

// Base64 URL 編碼
	src := "信息"
	res := base64.URLEncoding.EncodeToString([]byte(src))
	fmt.Println(res) // 5L-h5oGv

	// Base64 URL 解碼
	s, err := base64.URLEncoding.DecodeString(res)
	fmt.Println(string(s), err) // 信息 <nil>

什么是Base64編碼

Base64是網絡上最常見的用于傳輸8Bit字節碼的編碼方式之一，是一種基于64個可打印字符來表示二進制數據的方法。Base64編碼是從二進制到字符的過程，可用于在HTTP環境下傳遞較長的標識信息。采用Base64編碼具有不可讀性，需要解碼后才能閱讀。—百度百科

通過百度百科的介紹，我們可以獲得如下信息：

• Base64是一種編碼方式，將二進制編碼為字符
• Base64編碼后的字符范圍為64個可打印字符
• 編碼后的結果具有不可讀性，需要解碼：即Base64不是加密方法，而是編碼方式，是從一種語言翻譯為另一種語言，當然也可以翻譯回去

為什么需要Base64編碼

我們都知道計算機的世界，是由0和1組成的，那么0和1的組合如何表示現實語言呢，這就出現了ASCII 碼。ASCII 是由美國設計的，一共128個字符，其中規定了第0～31及127(共33個)是控制字符或通信專用字符，32～126(共95個)是可打印字符。比如10（0000 1001）表示換行，65（0100 0001）表示大寫字母A。

最初的許多協議都是基于 ASCII 設計的，只能傳輸可打印字符。比如發郵件時使用的 SMTP（簡單郵件傳輸協議），最初只能傳輸純文本，對圖片、語音等二進制文件的支持并不是太好。

那么我們想傳輸這些包含不可打印字符的數據怎么辦，一種方式就是設計一種編碼方式，將不可打印字符轉為可打印字符，這樣這些數據就可以傳輸了，收到這些數據后，再解碼回來，得到原始數據。Base64就是為了解決這個問題的。

對于現在的協議來說，都針對二進制文件做了處理，但我們無法保證文件在網絡傳輸過程中不出現問題。當包含不可打印字符的文件在網絡中傳輸時，往往要經過多個路由設備，由于不同的設備（特指老的路由設備）對字節流的處理方式有一些不同，這樣那些不可打印字節就有可能被錯誤處理，不利于數據傳輸的。所以就先把數據先做一個編碼，統統變成可見字節，確保數據可靠傳輸。

Base64編碼原理

Base64之所以叫做Base64，是因為它是基于64個可打印字符設計的，這64個字符是 ASCII 編碼中可打印字符的子集，包含26個字母的大小寫、10個阿拉伯數字、'+‘號 和 ‘/‘號。（其實還有一個 ‘=’ 號用于后綴）

編碼步驟

由于一共有 64 個字符，那么使用 6 個比特位就足夠表示了(2的6次方=64)，而 ASCII碼 使用 8 個比特位表示一個字符，6 和 8 的最小公倍數為 24，3個 ASCII碼 字符可以編碼為 4 個 Base64 字符。因此Base64的編碼過程如下：

1. 將原始數據每三個字節分為一組，一共24個比特位
2. 將24個比特位分為4組，每組6個比特位
3. 計算每組的十進制值，根據編碼對照表，得到可打印字符串

以維基百科上舉的例子做個演示：

1. 給定單詞 ‘Man’，一共三個字節
2. 根據ASCII編碼，得到24個比特位
3. 6個一組，分為4組
4. 計算每組的十進制值分別為 19、22、5、46，對照Base64編碼表，得到可打印字符串為 ‘TWFu’

需要注意的是，使用Base64編碼后，3個字節會轉為4個字節，編碼后的需要傳輸的數據比編碼前多了 1/3。

位數不足情況

位數不足會有兩種情況：兩個字節或者一個字節的數據。

如果是兩個字節，也就是16個比特，需要補兩個0，得到三個Base64編碼字符，最后添加一個’=‘用于補充

如果是一個字節，也就是8個比特，需要補4個0，得到兩個Base64編碼字符，最后添加兩個’=‘用于補充

Base64解碼原理

解碼就是編碼的逆向操作：

1. 去掉結尾的’=‘號
2. 根據Base64編碼表，找到每個字符對應的編碼值
3. 取每個編碼值的后6位，形成二進制串
4. 對上述二進制串，每8個構成一個字節，如果最后一組不夠8個，一定全是0，丟棄掉
5. 此時得到的就是原始數據的二進制編碼，再根據編碼方式（例如 ASCII ）等進行解碼

例如對于上述 ‘Ma’ 的編碼值 ‘TWE=’ 進行解碼：

1. 去掉’='，得到 ‘TWE’
2. ‘T’:19，‘W’:22，‘E’:4
3. 010011 010110 000100
4. 01001101 01100001
5. M a

Base64標準編碼變種

我們有時候會將Base64編碼后的字符串，當前 HTTP URL 中的參數進行傳遞，但是標準的 Base64 并不適合直接放在URL里傳輸，因為對于 ‘+‘號，使用url encode時會被encode 為空格，比如編碼后的值是 ‘ab+cd’，但是使用url encode 后變成了 ‘ab cd’，那么對方接收到的也是’ab cd’，此時再解碼肯定失敗了。

為解決此問題，衍生出一種用于URL的改進Base64編碼，它不僅在末尾去掉填充的’=‘號，并將標準Base64中的“+”和“/”分別改成了“-”和“_”。

總結

本篇文章，我們學習了如下內容：

1. Go 語言中如何進行 Base64編碼
2. Base64編碼和解碼原理
3. Base64不是加密算法，而是一種編碼方式
4. Base64編碼后的數據量是原數據大小的4/3左右