奇妙的Base64编码

各位看官应该都是资深的网虫了，小弟斗胆在此问问大家，平时上网时，除了泡MM、到论坛灌水、扔版砖……之外，进行的最多的是什么活动？对了，你一定会说：是收发电子邮件！（谁敢说自己没收/发过电子邮件的？拉出去枪毙了！！）
收/发E-mail的时候有一个安全性的问题--假想一下，你花了一整天时间给系花写的情书，在发送的过程中被隔壁宿舍张三那小子截获了（难道他是黑客？？），更糟的是他是你的情敌啊……天，后果不堪设想！！因此，我们必须有一种比较可靠的加密方法，能够对电子邮件的明文进行转换，至少要得出一个无法被别人一眼就看出内容来的东西，而且编码/解码的速度还要足够快。（这时你可以再假想一下啦，张三那家伙截获了你的肉麻情书，可是他一看：“咦？怎么乱七八糟的？垃圾邮件！！”--这样一来你不就逃过大难了？！）

Base64就是在这种背景下产生的加密方法。它的特点是：1、速度非常快。2、能够将字符串A转换成字符串B，而且如果你光看字符串B，是绝对猜不出字符串A的内容来的。不信吗？让我们来看看下面这串东西：

xOO6w6Osu7bTrbniwdnAz8LetcTnzbfXzOy12KOh

呵呵，是什么啊？猜出来了吗？其实它就是下面这段文字经过Base64编码产生的东东：

你好，欢迎光临老罗的缤纷天地！

介绍说完啦，让我们开始探讨实质性的东西。

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一，大家可以查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。

Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3*8 = 4*6 = 24），然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。

这样说会不会太抽象了？不怕，我们来看一个例子：

转换前 aaaaaabb ccccdddd eeffffff
转换后 00aaaaaa 00bbcccc 00ddddee 00ffffff

应该很清楚了吧？上面的三个字节是原文，下面的四个字节是转换后的Base64编码，其前两位均为0。

转换后，我们用一个码表来得到我们想要的字符串（也就是最终的Base64编码），这个表是这样的：（摘自RFC2045）

Table 1: The Base64 Alphabet

value Encoding value Encoding value Encoding value Encoding
0 A 17 R 34 i 51 z
1 B 18 S 35 j 52 0
2 C 19 T 36 k 53 1
3 D 20 U 37 l 54 2
4 E 21 V 38 m 55 3
5 F 22 W 39 n 56 4
6 G 23 X 40 o 57 5
7 H 24 Y 41 p 58 6
8 I 25 Z 42 q 59 7
9 J 26 a 43 r 60 8
10 K 27 b 44 s 61 9
11 L 28 c 45 t 62 +
12 M 29 d 46 u 63 /
13 N 30 e 47 v
14 O 31 f 48 w (pad) =
15 P 32 g 49 x
16 Q 33 h 50 y

让我们再来看一个实际的例子，加深印象！

转换前 10101101 10111010 01110110
转换后 00101011 00011011 00101001 00110110
十进制 43 27 42 54
对应码表中的值 r b q 2

所以上面的24位编码，编码后的Base64值为 rbq2
解码同理，把 rbq2 的二进制位连接上再重组得到三个8位值，得出原码。
（解码只是编码的逆过程，在此我就不多说了，另外有关MIME的RFC还是有很多的，如果需要详细情况请自行查找。）

用更接近于编程的思维来说，编码的过程是这样的：

第一个字符通过右移2位获得第一个目标字符的Base64表位置，根据这个数值取到表上相应的字符，就是第一个目标字符。
然后将第一个字符左移6位加上第二个字符右移4位，即获得第二个目标字符。
再将第二个字符左移4位加上第三个字符右移6位，获得第三个目标字符。
最后取第三个字符的右6位即获得第四个目标字符.

So easy! That’s all!!!

可是等等……聪明的你可能会问到，原文的字节数量应该是3的倍数啊，如果这个条件不能满足的话，那该怎么办呢？

我们的解决办法是这样的：原文的字节不够的地方可以用全0来补足，转换时Base64编码用=号来代替。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因，但等号最多只有两个。因为：

余数 = 原文字节数 MOD 3

所以余数任何情况下都只可能是0，1，2这三个数中的一个。如果余数是0的话，就表示原文字节数正好是3的倍数（最理想的情况啦）。如果是1的话，为了让Base64编码是4的倍数，就要补2个等号；同理，如果是2的话，就要补1个等号。

讲到这里，大伙儿应该全明白了吧？如果还有不清楚的话就返回去再仔细看看，其实不难理解的。

下面我给出一个演示Base64编码/解码的程序，希望能对您有用。同时也希望您帮我完善它，利用它做出更多的用途，到时别忘了通知我一声啊！（我现在太忙了）

DLL的源代码：Base64Dll.asm

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;程序名称：演示Base64编码/解码原理
;作者：罗聪
;日期：2002-9-14
;出处：http://laoluoc.yeah.net（老罗的缤纷天地）
;注意事项：如欲转载，请保持本程序的完整，并注明：
;转载自“老罗的缤纷天地”（http://laoluoc.yeah.net）
;***********************************************

.386
.model flat, stdcall
option casemap:none

include \masm32\include\windows.inc
include \masm32\include\kernel32.inc
include \masm32\include\user32.inc
includelib \masm32\lib\kernel32.lib
includelib \masm32\lib\user32.lib

DllEntry proto :HINSTANCE, :DWORD, :DWORD
Base64Encode proto :DWORD, :DWORD
Base64Decode proto :DWORD, :DWORD

.data
;Base64 -> ASCII mapping table
base64_alphabet db "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/="

;ASCII -> Base64 mapping table
base64table db 43 dup (255)
db 62,255,255,255,63,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,255
db 255,255,0,255,255,255,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13
db 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,255,255,255,255
db 255,255,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38
db 39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51
db 132 dup (255)

.code
DllEntry proc hInst: HINSTANCE, reason: DWORD, reserved1: DWORD
mov eax, TRUE
ret
DllEntry endp

;**********************************************************
;函数功能：进行Base64编码
;参数：
; source = 传入的字符串
; destination = 返回的编码
;**********************************************************
Base64Encode proc uses ebx edi esi source:DWORD, destination:DWORD
LOCAL sourcelen:DWORD

invoke lstrlen, source
mov sourcelen, eax

mov esi, source
mov edi, destination
@@base64loop:
xor eax, eax
.if sourcelen == 1
lodsb ;source ptr + 1
mov ecx, 2 ;bytes to output = 2
mov edx, 03D3Dh ;padding = 2 byte
dec sourcelen ;length - 1
.elseif sourcelen == 2
lodsw ;source ptr + 2
mov ecx, 3 ;bytes to output = 3
mov edx, 03Dh ;padding = 1 byte
sub sourcelen, 2 ;length - 2
.else
lodsd
mov ecx, 4 ;bytes to output = 4
xor edx, edx ;padding = 0 byte
dec esi ;source ptr + 3 (+4-1)
sub sourcelen, 3 ;length - 3
.endif

xchg al,ah ;flip eax completely
rol eax, 16 ;can this be done faster
xchg al,ah

@@:
push eax
and eax, 0FC000000h ;get the last 6 high bits
rol eax, 6 ;rotate them into al
mov al, byte ptr [offset base64_alphabet + eax] ;get encode character
stosb ;write to destination
pop eax
shl eax, 6 ;shift left 6 bits
dec ecx
jnz @B ;loop

cmp sourcelen, 0
jnz @@base64loop ;main loop

mov eax, edx ;add padding and null terminate
stosd

ret
Base64Encode endp

;**********************************************************
;函数功能：进行Base64解码
;参数：
; source = 传入的编码
; destination = 返回的字符串
;**********************************************************
Base64Decode proc uses ebx edi esi source:DWORD, destination:DWORD
LOCAL sourcelen:DWORD

invoke lstrlen, source
mov sourcelen, eax

mov esi, source ;esi <- source
mov edi, destination ;edi <- destination
mov ecx, sourcelen
shr ecx, 2
cld

;-------------[decoding part]---------------

@@outer_loop:
push ecx
mov ecx, 4
xor ebx, ebx
lodsd
@@inner_loop:
push eax
and eax, 0ffh
mov al, byte ptr [offset base64table + eax]
cmp al, 255
je @@invalid_char
shl ebx, 6
or bl, al
pop eax
shr eax, 8
dec ecx
jnz @@inner_loop
mov eax, ebx
shl eax, 8
xchg ah, al
ror eax, 16
xchg ah, al
stosd
dec edi
pop ecx
dec ecx
jnz @@outer_loop
xor eax, eax
jmp @@decode_done

;-------------------------------------------

@@invalid_char:
mov eax, -1
@@decode_done:
ret
Base64Decode ENDP

end DllEntry
;******************** over ********************
;by LC

--------------------------------------------------------------------------------

测试程序：base64.asm

;***********************************************
;程序名称：演示Base64编码/解码原理
;作者：罗聪
;日期：2002-9-14
;出处：http://laoluoc.yeah.net（老罗的缤纷天地）
;注意事项：如欲转载，请保持本程序的完整，并注明：
;转载自“老罗的缤纷天地”（http://laoluoc.yeah.net）
;***********************************************

.386
.model flat, stdcall
option casemap:none

include \masm32\include\windows.inc
include \masm32\include\kernel32.inc
include \masm32\include\user32.inc
include Base64Dll.inc
includelib \masm32\lib\kernel32.lib
includelib \masm32\lib\user32.lib
includelib Base64Dll.lib

WndProc proto :DWORD, :DWORD, :DWORD, :DWORD

.const
IDC_BUTTON_ENCODE equ 3000
IDC_BUTTON_DECODE equ 3001
IDC_EDIT_INPUT equ 3002
MAXSIZE equ 260

.data
szDlgName db "lc_dialog", 0
szCaption db "BASE64 demo by LC", 0
szBuffer db 255 dup(0)
szText db 340 dup(0)
szMsg db 450 dup(0)
szTemplate_Encode db "字符串 ""%s"" 的Base64编码是：", 13, 10, 13, 10, "%s", 0
szTemplate_Decode db "编码 ""%s"" 经过Base64还原后的字符串是：", 13, 10, 13, 10, "%s", 0

.code
main:
invoke GetModuleHandle, NULL
invoke DialogBoxParam, eax, offset szDlgName, 0, WndProc, 0
invoke ExitProcess, eax

WndProc proc uses edi hWnd:HWND, uMsg:UINT, wParam:WPARAM, lParam:LPARAM
LOCAL hEdit: HWND

.if uMsg == WM_CLOSE
invoke EndDialog, hWnd, 0

.elseif uMsg == WM_COMMAND
mov eax, wParam
mov edx, eax
shr edx, 16
movzx eax, ax
.if edx == BN_CLICKED
.if eax == IDCANCEL
invoke EndDialog, hWnd, NULL

.elseif eax == IDC_BUTTON_ENCODE || eax == IDOK
;取得用户输入的字符串：
invoke GetDlgItemText, hWnd, IDC_EDIT_INPUT, addr szBuffer, 255

;进行 ASCII->Base64 转换：
invoke Base64Encode, addr szBuffer, addr szText

;格式化输出：
invoke wsprintf, addr szMsg, addr szTemplate_Encode, addr szBuffer, addr szText

;显示结果：
invoke MessageBox, hWnd, addr szMsg, addr szCaption, MB_OK

.elseif eax == IDC_BUTTON_DECODE
;取得用户输入的字符串：
invoke GetDlgItemText, hWnd, IDC_EDIT_INPUT, addr szBuffer, 255

;进行 Base64->ASCII 转换：
invoke Base64Decode, addr szBuffer, addr szText

;格式化输出：
invoke wsprintf, addr szMsg, addr szTemplate_Decode, addr szBuffer, addr szText

;显示结果：
invoke MessageBox, hWnd, addr szMsg, addr szCaption, MB_OK
.endif

;全选edit里面的内容：
invoke GetDlgItem, hWnd, IDC_EDIT_INPUT
invoke SendMessage, eax, EM_SETSEL, 0, -1

.endif
.else
mov eax, FALSE
ret
.endif
mov eax, TRUE
ret
WndProc endp

end main
;******************** over ********************
;by LC

--------------------------------------------------------------------------------

测试程序的资源文件：base64.rc

#include "resource.h"

#define IDC_BUTTON_ENCODE 3000
#define IDC_BUTTON_DECODE 3001
#define IDC_EDIT_INPUT 3002
#define IDC_STATIC -1

LC_DIALOG DIALOGEX 10, 10, 195, 60
style DS_SETFONT | DS_CENTER | WS_MINIMIZEBOX | WS_VISIBLE | WS_CAPTION |
WS_SYSMENU
CAPTION "Base64 demo by LC"
FONT 9, "宋体", 0, 0, 0x0
BEGIN
LTEXT "请输入字符串：", IDC_STATIC, 11, 7, 130, 10
EDITTEXT IDC_EDIT_INPUT, 11, 20, 173, 12, ES_AUTOHSCROLL
DEFPUSHBUTTON "编码(&E)", IDC_BUTTON_ENCODE, 38, 39, 52, 15
PUSHBUTTON "解码(&D)", IDC_BUTTON_DECODE, 104, 39, 52, 15
END

如果你发现了有bug，一定要告诉我啊，并请来信讨论！lcother@163.net

最后给大家留下一个小小的习题，你知道下面这串Base64编码的原文是什么吗？ ：）
0LvQu8T6xM3XxdDU19O/tM3qztK1xEJhc2U2NL3Ms8yjoSCjuqOp

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