openssl研发之base64编解码实例

一、base64编码介绍

Base64编码是一种将二进制数据转换成ASCII字符的编码方式。它主要用于在文本协议中传输二进制数据，例如电子邮件的附件、XML文档、JSON数据等。

Base64编码的特点如下：

字符集： Base64编码使用64个字符来表示二进制数据，通常使用字母（A-Z、a-z）、数字（0-9）和两个特殊字符（+ 和 /）。有时候，根据具体需求，可能会使用不同的字符集，比如URL安全的Base64编码会使用字符集 A-Za-z0-9-_，其中 “-” 和 “_” 替代了 “+” 和 “/”。
长度增加： Base64编码通常会导致编码后的数据长度略微增加。每三个字节的二进制数据编码成四个Base64字符。
填充字符： 如果最后一组不足三个字节，Base64编码会使用一个或两个等号 “=” 进行填充。
可逆性： Base64编码是可逆的，可以通过解码还原回原始的二进制数据。
广泛应用： Base64编码广泛应用于数据传输，特别是在文本协议中，以及在一些数据存储和表示的场景中。

下面是一个简单的示例，展示如何对字符串 “Hello, World!” 进行Base64编码：

原始字符串：Hello, World!

Base64编码：SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

二、base64编码原理

Base64编码的原理基于将二进制数据转换成一组可打印字符的过程。它是一种用64个字符来表示所有可能的6位二进制数的方法。以下是Base64编码的基本原理：

将数据划分成固定长度的块： 首先，将要编码的数据按照一定的规则划分成固定长度的块。通常是每三个字节划分为一组，因为每组有3个字节（24位），正好可以表示为4个Base64字符。
将块中的二进制数据转换为整数： 将每个块中的三个字节的二进制数据转换为一个24位的整数。这个整数的取值范围是0到2^24-1。
将整数按6位一组划分： 将上一步得到的整数按照6位一组划分成四组。因为2^6等于64，所以每组的取值范围是0到63。
将每组的值映射到Base64字符集： 将每一组得到的数值映射到Base64字符集。Base64字符集通常包含64个字符，例如字母A-Z、a-z、数字0-9，以及两个额外的字符（通常是"+“和”/"）。这样就得到了四个Base64字符。
处理末尾的填充： 如果原始数据的长度不是3的倍数，那么最后一个块可能不足3个字节。在这种情况下，会使用一个或两个等号 “=” 进行填充，以保证每个块都是4个Base64字符。

举个例子，假设要编码的数据是"ABC"，对应的ASCII码为65、66、67，转换成二进制分别是01000001、01000010、01000011。将这三个字节拼接在一起得到24位的二进制数，然后按照上述步骤转换为Base64编码。最后得到的Base64编码为"QUJD"。

这个过程是可逆的，也就是说，可以通过反向的过程将Base64编码解码回原始的二进制数据。在实际应用中，Base64编码常用于在文本协议中传输二进制数据，或者将二进制数据嵌入到文本文件中。

三、base64开发实例

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/buffer.h>

std::string base64_encode(const unsigned char* input, int length) {
    BIO* bio = BIO_new(BIO_f_base64());
    BIO_set_flags(bio, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL);

    BIO* bmem = BIO_new(BIO_s_mem());
    bio = BIO_push(bio, bmem);

    BIO_write(bio, input, length);
    BIO_flush(bio);

    BUF_MEM* bptr;
    BIO_get_mem_ptr(bio, &bptr);

    std::string result(bptr->data, bptr->length);

    BIO_free_all(bio);

    return result;
}

std::string base64_decode(const char* input) {
    BIO* bio = BIO_new(BIO_f_base64());
    BIO_set_flags(bio, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL);

    BIO* bmem = BIO_new_mem_buf(input, -1);
    bio = BIO_push(bio, bmem);

    char buffer[1024];
    int length = BIO_read(bio, buffer, sizeof(buffer));

    BIO_free_all(bio);

    return std::string(buffer, length);
}

int main() {
    const char* originalText = "Hello, Base64!";
    int originalLength = std::strlen(originalText);

    // Base64 编码
    std::string encodedText = base64_encode(reinterpret_cast<const unsigned char*>(originalText), originalLength);
    std::cout << "Base64 Encoded: " << encodedText << std::endl;

    // Base64 解码
    std::string decodedText = base64_decode(encodedText.c_str());
    std::cout << "Base64 Decoded: " << decodedText << std::endl;

    return 0;
}