请解释什么是 Base64 编码？

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Base64 是一种使用 64 个可打印字符来表示二进制数据的编码方式。它将二进制数据分割成 6 比特一组，每组映射到一个 Base64 字符，并通过填充字符 = 来补齐不足的位数。常用于在 HTTP 环境下传递二进制数据，比如图片或者音频文件，以及在 URL 或者 Cookie 中存储数据。Base64 不是加密算法，而是编码方式，它可以将二进制数据转换成文本格式，方便传输和存储。

本题详细解读

Base64 编码原理

1. 字符集: Base64 使用一个包含 64 个字符的字符集，通常是 A-Z、a-z、0-9 和 +、/，以及用于填充的 =。
2. 分组: 将输入的二进制数据按 6 比特一组进行分组。
3. 映射: 每个 6 比特的组可以表示 0 到 63 的值，将这个值映射到字符集中的对应字符。
4. 填充: 如果二进制数据的长度不是 6 的倍数，则需要在末尾添加 0 位，使其成为 6 的倍数。同时，Base64 编码结果的长度必须是 4 的倍数。 如果需要在二进制数据尾部添加 0 的位数导致编码结果的字符数不是4的倍数，则使用 = 符号进行填充，最多填充两个 = 符号。
   • 一个 = 表示原始数据最后有 2 个 0 比特的填充
   • 两个 == 表示原始数据最后有 4 个 0 比特的填充

Base64 的用途

• 传输二进制数据: 由于 HTTP 等协议只能传输文本数据，Base64 可以将二进制数据编码为文本格式，方便在网络上传输。例如，在网页中嵌入图片数据，可以将图片数据转换为 Base64 编码的字符串。
• URL 安全: 一些字符（如 /、+ 等）在 URL 中具有特殊含义，需要进行转义。Base64 可以将这些字符替换为 URL 安全的字符。
• 存储数据: Base64 可以将二进制数据存储在文本格式的文件中，例如在配置文件中存储加密密钥。
• Cookie: Base64 可以将不能直接存储在Cookie中的二进制数据转换为字符。

Base64 的优缺点

• 优点:
  • 简单易实现
  • 兼容性好，几乎所有编程语言都支持
  • 可以方便地传输二进制数据
• 缺点:
  • 编码后的数据长度会增加，大约增加 1/3
  • 不是加密算法，不能保护数据的安全性

示例

例如，字符串 "Man" 的 Base64 编码过程如下：

1. "Man" 的 ASCII 码分别是 77 (01001101), 97 (01100001), 110 (01101110)。
2. 合并成二进制 010011010110000101101110。
3. 按 6 位一组：010011 010110 000101 101110。
4. 转换为十进制：19, 22, 5, 46。
5. 查表得到 Base64 字符：T, W, F, u。
6. 所以 "Man" 的 Base64 编码结果是 "TWFu"。

如果原始数据不足 3 个字节，比如 "Ma"，那么二进制数据是 0100110101100001，分组后变成 010011 010110 000100, 补足2个 0 后：010011 010110 000100。对应的字符是：T, W, E。由于补了 2 个0，需要添加一个=。 所以 “Ma” 的 base64 编码为 "TWE="。

同理，"M" 的 base64 编码为 "TQ=="。