Base64

Base64 — стандарт кодирования двоичных данных при помощи только 64 символов ASCII. Алфавит кодирования содержит текстово-цифровые латинские символы A-Z, a-z и 0-9 (62 знака) и 2 дополнительных символа, зависящих от системы реализации. Каждые 3 исходных байта кодируются 4 символами (увеличение на ¹⁄₃).

Эта система широко используется в электронной почте для представления бинарных файлов в тексте письма (транспортное кодирование).

MIME

В формате электронной почты MIME base64 — это схема, по которой произвольная последовательность байт преобразуется в последовательность печатных ASCII символов. Используются только символы латинского алфавита в верхнем и нижнем регистре — символы (A—Z, a—z), цифры (0—9), и символы «+» и «/», с символом «=» в качестве специального кода суффикса.

Полная спецификация этой формы base64 содержится в RFC 1421 и RFC 2045. Эта схема используется для кодирования последовательности октетов (байт).

Для того, чтобы преобразовать данные в base64, первый байт помещается в самые старшие восемь бит 24-битного буфера, следующий — в средние восемь и третий — в младшие значащие восемь бит. Если кодируется менее, чем три байта, то соответствующие биты буфера устанавливаются в ноль. Далее каждые шесть бит буфера, начиная с самых старших, используются как индексы строки́ «ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/» и её символы, на которые указывают индексы, помещаются в выходную строку. Если кодируются только один или два байта, в результате получаются только первые два или три символа строки, а выходная строка дополняется двумя или одним символами «=». Это предотвращает добавление дополнительных битов к восстановленным данным. Процесс повторяется над оставшимися входными данными.

Например, цитата из "Левиафана" Томаса Гоббса:

Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence of any carnal pleasure.

будучи перекодированной из ASCII в base64, выглядит следующим образом:

TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJ5IGhpcyByZWFzb24sIGJ1dCBieSB0
aGlzIHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbmltYWxzLCB3aGljaCBpcyBhIGx1
c3Qgb2YgdGhlIG1pbmQsIHRoYXQgYnkgYSBwZXJzZXZlcmFuY2Ugb2YgZGVsaWdodCBpbiB0
aGUgY29udGludWVkIGFuZCBpbmRlZmF0aWdhYmxlIGdlbmVyYXRpb24gb2Yga25vd2xlZGdl
LCBleGNlZWRzIHRoZSBzaG9ydCB2ZWhlbWVuY2Ugb2YgYW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4=

В примере, слово Man закодировано как TWFu. Процесс преобразования можно представить в виде следующей таблицы:

Исходный текст	M								a								n
Коды ASCII	77 (0x4d)								97 (0x61)								110 (0x6e)
Двоичный вид	0	1	0	0	1	1	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	0
Полученный индекс в Base64	19						22						5						46
Конечный результат в Base64	T						W						F						u

Схема соответствия «символ — значение» в Base64

Символ	Значение					Символ	Значение					Символ	Значение					Символ	Значение
	10	2	8	16			10	2	8	16			10	2	8	16			10	2	8	16
A	0	000000	00	00		Q	16	010000	20	10		g	32	100000	40	20		w	48	110000	60	30
B	1	000001	01	01		R	17	010001	21	11		h	33	100001	41	21		x	49	110001	61	31
C	2	000010	02	02		S	18	010010	22	12		i	34	100010	42	22		y	50	110010	62	32
D	3	000011	03	03		T	19	010011	23	13		j	35	100011	43	23		z	51	110011	63	33
E	4	000100	04	04		U	20	010100	24	14		k	36	100100	44	24		0	52	110100	64	34
F	5	000101	05	05		V	21	010101	25	15		l	37	100101	45	25		1	53	110101	65	35
G	6	000110	06	06		W	22	010110	26	16		m	38	100110	46	26		2	54	110110	66	36
H	7	000111	07	07		X	23	010111	27	17		n	39	100111	47	27		3	55	110111	67	37
I	8	001000	10	08		Y	24	011000	30	18		o	40	101000	50	28		4	56	111000	70	38
J	9	001001	11	09		Z	25	011001	31	19		p	41	101001	51	29		5	57	111001	71	39
K	10	001010	12	0A		a	26	011010	32	1A		q	42	101010	52	2A		6	58	111010	72	3A
L	11	001011	13	0B		b	27	011011	33	1B		r	43	101011	53	2B		7	59	111011	73	3B
M	12	001100	14	0C		c	28	011100	34	1C		s	44	101100	54	2C		8	60	111100	74	3C
N	13	001101	15	0D		d	29	011101	35	1D		t	45	101101	55	2D		9	61	111101	75	3D
O	14	001110	16	0E		e	30	011110	36	1E		u	46	101110	56	2E		+	62	111110	76	3E
P	15	001111	17	0F		f	31	011111	37	1F		v	47	101111	57	2F		/	63	111111	77	3F

UTF-7

UTF-7 представляет собой изменённый вариант Base64. Эта схема кодирования используется для файлов UTF-16 как промежуточный формат в MIME. UTF-7 предназначен для использования unicode в e-mail без транспортного кодирования содержимого. Главное отличие этого варианта base64 от MIME в том, что символ «=» не используется для дополнения, так как требуется многократное экранирование этого символа. Вместо этого биты октета дополняются нулями.

Изменённый Base64 стандартизирован по RFC 2152, A Mail-Safe Transformation Format of Unicode.

IRCu

В сервер-сервер протоколе, используемом в IRC и совместимом программном обеспечении, версия base64 используется для кодирования клиент/серверных числовых и двоичных IP адресов. Клиентские и серверные числовые данные имеют фиксированные размеры, которые точно совпадают с количеством знаков base64, тем самым, нет необходимости в дополнении. Двоичные IP-адреса для соответствия расширяются ведущими нулевыми битами. Набор символов незначительно отличается от MIME использованием [] вместо +/.

Применение в веб-приложениях

Также многим приложениям необходимо кодировать двоичные данные для удобства включения в URL, скрытые поля форм, и здесь Base64 удобно не только для компактного представления, но и относительной нечитаемостью для попытки выяснения случайным человеком-наблюдателем природы данных.

Использование URL-кодировщика над стандартом Base64, несмотря на это, неудобно, так как он преобразует символы / и + в специальные шестнадцатеричные последовательности. Если позднее эта строка используется вместе с базой данных или через гетерогенные системы, они прекращают работу на символе %, сгенерированном URL-кодировщиком (потому что символ % также используется в ANSI SQL как шаблон).

По причине этого существует изменённый Base64 для URL, где не используется заполнение символом = и символы + и / соответственно заменяются на * и -, так что использование кодеров/декодеров URL перестаёт быть необходимым и не имеет никакого воздействия на длину закодированного значения, оставляя ту же самую закодированную форму, неповреждённую для использования в реляционных базах данных, веб-формах и идентификаторах объекта вообще. Стандартом Base64-кодирования URL адресов признается вариант, когда символы + и / заменяются, соответственно, на - и _ (RFC 3548, раздел 4).

Другой вариант называется изменённый Base64 для регулярных выражений, использует ! и - вместо * и -, для того, чтобы заменить стандартный Base64 +/, потому что оба + и * могут быть зарезервированы для регулярных выражений (отметим, что [], используемый выше в IRCu варианте, может не работать в этом контексте).

Имеются другие варианты, которые используют _ и - или . и _, если строка Base64 должна быть использована вместе с идентификаторами для программ, или . и - для использования в токенах имён XML (Nmtoken), или _ и : в более ограниченных идентификаторах XML (Name). В некоторых случаях для URL применяется Base58, который не использует символы + и /.

Base58

Основная статья: Base58

Для кодирования URL в некоторых системах используется Base58, отличающийся от Base64 отсутствием в конечном тексте символов, которые могут восприниматься человеком неоднозначно. Исключены 0 (ноль), O (заглавная латинская o), I (заглавная латинская i), l (маленькая латинская L). Также исключены символы + (плюс) и / (косая черта), которые при кодировании URL могут приводить к неверной интерпретации адреса.

Radix-64

Radix-64 — разновидность кодирования Base64 двоичных данных в текстовый формат, используемая в PGP. От Base64 отличается тем, что в конец добавляется контрольная сумма в 24 бита.

Операционные системы семейства Unix сохраняют вычисленные с помощью crypt хеши паролей в файл /etc/passwd, используя кодировку B64. Она похожа на radix-64, но суффикс выравнивания «=» не используется и в алфавите небуквенные символы расположены в начале: ./0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz.

Другие применения

Существует множество вариантов применения Base64. Например, Thunderbird и Mozilla Suite использовали Base64 для сокрытия паролей в POP3. Base64 может использоваться как метод для сокрытия секретов без издержек на криптографическое управление ключами, однако этот подход является абсолютно небезопасным и не рекомендуется к использованию.

Сканеры спама, которые не декодируют сообщения в base64, часто пропускают сообщения в Base64, так как они кажутся достаточно случайными или не содержат ключевых слов в тексте Base64, чтобы быть принятыми за спам. Это используют спамеры для обхода основных антиспамовых инструментов.

Данный стандарт применяется для кодирования изображений формата JPEG и PNG для вставки их в электронные книги формата FB2.

Ссылки

• RFC 1421 (Privacy Enhancement for Electronic Internet Mail)
• RFC 2045 (MIME)
• RFC 4648 (Base16, Base32, и Base64 кодирование данных)
• Base64 исходный код на C
• Base64 исходный код на Java

Онлайн кодирование и декодирование

• Только Base64
• Base64 как один из множества форматов