Java8 Base64加密和解密

       在 Java8中 Base64编码已经成为Java类库的标准，且内置了Base64编码的编码器和解码器。

一、什么是Base64?  -- 来自百度百科

        Base64是网络上最常见的用于传输 8Bit字节码的编码方式之一，

        Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。

        Base64一般用于在 HTTP协议下传输二进制数据，由于 HTTP协议是文本协议，所以在 HTTP协议下传输二进制数据需要将二进制数据转换为字符数据。然而直接转换是不行的。因为网络传输只能传输可打印字符。

1、什么是“可打印字符”呢？为什么要用它来传输 8Bit字节码呢？

在ASCII码中规定，0~31、127这33个字符属于控制字符，32~126这95个字符属于可打印字符，也就是说网络传输只能传输这95个字符，不在这个范围内的字符无法传输。那么该怎么才能传输其他字符呢？

其中一种方式就是使用Base64。

2、Base64的编码原理

       Base64的原理比较简单，每当我们使用Base64时都会先定义一个类似这样的数组：

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

        Base64采用了 "A-Z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符，这是标准的Base64协议规定。在日常使用中我们还会看到 “=”或“==” 号出现在Base64的编码结果中，“=”在此是作为填充字符出现，后面会讲到。

       Base64就是使用这64个可打印字符来表示二进制数据的方法。Base64的索引与对应字符的关系如下表所示：

索引

对应字符

索引

对应字符

索引

对应字符

索引

对应字符

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

15

P

32

g

49

x

16

Q

33

h

50

y

3、具体转换步骤

        第一步，将待转换的字符串每三个字节分为一组，每个字节占 8bit，那么共有24个二进制位。

        第二步，将上面的24个二进制位每6个一组，共分为4组。

        第三步，在每组前面添加两个0，每组由6个变为8个二进制位，总共32个二进制位，即四个字节。

        第四步，根据Base64的索引与对应字符的关系获得对应的字符值。

从上面的步骤我们发现：

         Base64字符表中的字符原本用6个bit就可以表示，现在前面添加2个0，变为8个bit，会造成一定的浪费。因此，Base64编码之后的文本，要比原文多大约三分之一。

为什么使用3个字节一组呢？

因为6和8的最小公倍数为24，三个字节正好24个二进制位，每6个bit位一组，恰好能够分为4组。

4、示例说明

   1）以下图的表格为示例，我们具体分析一下整个过程。

      

        第一步：字符串“Man”为3个字节，“M”、“a”、"n"对应的ASCII码值分别为77，97，110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110。如图第二三行所示，由此组成一个24位的二进制字符串。

        第二步：如图红色框，将24位每6位二进制位一组分成四组。

        第三步：在上面每一组前面补两个0，扩展成32个二进制位，此时变为四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。分别对应的值（Base64编码索引）为：19、22、5、46。

        第四步：用上面的值在Base64编码表中进行查找，分别对应：T、W、F、u。因此“Man”Base64编码之后就变为：TWFu。

   2）位数不足情况

       上面是按照三个字节来举例说明的，如果字节数不足三个，那么该如何处理？

        

        两个字节：两个字节共16个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时总共16个二进制位，每6个一组，则第三组缺少2位，用0补齐，得到三个Base64编码，第四组完全没有数据则用“=”补上。因此，上图中“BC”转换之后为“QKM=”；

        一个字节：一个字节共8个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时共8个二进制位，每6个一组，则第二组缺少4位，用0补齐，得到两个Base64编码，而后面两组没有对应数据，都用“=”补上。因此，上图中“A”转换之后为“QQ==”；

    3）注意事项

        大多数编码都是由字符串转化成二进制的过程，而Base64的编码则是从二进制转换为字符串。与常规恰恰相反，

        Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制领域，不能算得上加密，只是无法直接看到明文。也可以通过打乱Base64编码来进行加密。

        中文有多种编码（比如：utf-8、gb2312、gbk等），不同编码对应Base64编码结果都不一样。

延伸：

        上面我们已经看到了Base64就是用6位（2的6次幂就是64）表示字符，因此成为Base64。同理，Base32就是用5位，Base16就是用4位。大家可以按照上面的步骤进行演化一下。

二、Java8中实现Base64

       在 Java8中 Base64编码已经成为 Java类库的标准，且内置了 Base64编码的编码器和解码器。

       新的 Base64API也支持 URL和 MINE的编码解码。我们直接调用即可。

       java.util.Base64 类仅由用于获得 Base64编码方案的编码器和解码器的静态方法组成。

• • static Base64.DecodergetDecoder()

    返回Base64.Decoder解码使用Basic型base64编码方案。

    static Base64.EncodergetEncoder()

    返回一个Base64.Encoder编码使用Basic型base64编码方案。

    static Base64.DecodergetMimeDecoder()

    返回一个Base64.Decoder解码使用MIME型BASE64解码方案。

    static Base64.EncodergetMimeEncoder()

    返回一个Base64.Encoder编码使用MIME型base64编码方案。

    static Base64.EncodergetMimeEncoder(int lineLength, byte[] lineSeparator)

    返回一个Base64.Encoder ，它使用具有指定行长度和行分隔符的MIME类型base64编码方案进行编码。

    static Base64.DecodergetUrlDecoder()

    返回Base64.Decoder解码使用URL and Filename safe型base64编码方案。

    static Base64.EncodergetUrlEncoder()

    返回一个Base64.Encoder编码使用URL and Filename safe型base64编码方案。

       java.util.Base64.Encoder 类使用 RFC 4648和 RFC 2045中规定的 Base64编码方案来实现用于编码字节数据的编码器。

• • byte[]encode(byte[] src)

    使用Base64编码方案将指定字节数组中的所有字节编码为新分配的字节数组。

    intencode(byte[] src, byte[] dst)

    使用Base64编码方案对来自指定字节数组的所有字节进行编码，将生成的字节写入给定的输出字节数组，从偏移0开始。

    ByteBufferencode(ByteBuffer buffer)

    使用Base64编码方案将所有剩余字节从指定的字节缓冲区编码到新分配的ByteBuffer中。

    StringencodeToString(byte[] src)

    使用Base64编码方案将指定的字节数组编码为字符串。

    Base64.EncoderwithoutPadding()

    返回一个编码器实例，编码器等效于此编码器实例，但不会在编码字节数据的末尾添加任何填充字符。

    OutputStreamwrap(OutputStream os)

    使用Base64编码方案包装用于编码字节数据的输出流。

       java.util.Base64.Decoder 该类使用 RFC 4648和RFC 2045中规定的 Base64编码方案来实现用于解码字节数据的解码器。

• • byte[]decode(byte[] src)

    使用Base64编码方案从输入字节数组中解码所有字节，将结果写入新分配的输出字节数组。

    intdecode(byte[] src, byte[] dst)

    使用Base64编码方案从输入字节数组中解码所有字节，将结果写入给定的输出字节数组，从偏移0开始。

    ByteBufferdecode(ByteBuffer buffer)

    使用Base64编码方案从输入字节缓冲区中解码所有字节，将结果写入新分配的ByteBuffer。

    byte[]decode(String src)

    使用Base64编码方案将Base64编码的字符串解码为新分配的字节数组。

    InputStreamwrap(InputStream is)

    返回一个输入流，用于解码Base64编码字节流。

加密字符串测试 demo

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String str = "hello Base64 啊啊\n" +
                "ADCDEFG";
        //编码加密
        String encodeStr = Base64.getEncoder().encodeToString(str.getBytes("UTF-8"));
        System.out.println("加密后的字符串为:" + encodeStr);

        //解码解密
        String decoderStr = new String(Base64.getDecoder().decode(encodeStr), StandardCharsets.UTF_8); //
        // 推荐使用StandardCharsets类指定
        System.out.println("解密后的字符串为" + decoderStr);

    }
}

       

        JDK8 的 Base64类是基于 RFC 4648和 RFC 2045实现的。

根据上文列出的协议内容可以确定，该类的编码结果不会包含换行符，而且在类的注释中明确说明了不会添加换行符。解码会正常还原。

结论：针对比较长的原文进行 base64编码：

•        jdk7的编码结果包含换行；
•        jdk8的编码结果不包含换行；
•        jdk8无法解码包含换行的编码结果;
•        jdk8的编码结果使用jdk7进行解码，没有任何问题，不再演示

三、其他Base64库

    1、Apache Common

        Apache Common中的 org.apache.commons.codec.binary.Base64类是基于 RFC 2045实现的，根据类注释可以了解到此实现解码时忽略了所有不在 the base64 alphabet范围内的字符，所以该实现可以处理包含换行符的 base64编码结果。

        同时该类的编码方法提供了参数，用于指定编码结果长度在超过76个字符的时候是否添加换行，默认不换行。

        

    2、Spring Core

        Spring Core提供了 org.springframework.util.Base64Utils类，该类只是一个工具类，并没有实现任何协议。

优先使用 java8中的 java.util.Base64类进行编码和解码；
如果 java.util.Base64不存在，则会使用 org.apache.commons.codec.binary.Base64；
如果都不存在，则会报错

        

    3、协议简述（RFC 1521、RFC 2045、和RFC 4648）可查看参考文章

参考文章：这两篇文章对理解 Base64 很有帮助，感谢前辈

        一篇文章彻底弄懂Base64编码原理

        升级JDK8的坑----base64

       站在前辈的肩膀上，每天进步一点点 ends~