Java Base64加密、解密原理Java代码

Java Base64加密、解密原理Java代码

转自：http://blog.csdn.net/songylwq/article/details/7578905

Base64是什么：

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编码可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符（一般为128-bit的UUID）编码为一个字符串，用作HTTP表单和HTTP GET URL中的参数。在其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL（包括隐藏表单域）中的形式。此时，采用Base64编码不仅比较简短，同时也具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到

简介
　　标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。
　　为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它不在末尾填充'='号，并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“*”和“-”，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。
　　另有一种用于正则表达式的改进Base64变种，它将“+”和“/”改成了“!”和“-”，因为“+”,“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正则表达式中都可能具有特殊含义。
　　此外还有一些变种，它们将“+/”改为“_-”或“._”（用作编程语言中的标识符名称）或“.-”（用于XML中的Nmtoken）甚至“_:”（用于XML中的Name）。
　　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。
规则
　　关于这个编码的规则：
　　①.把3个字符变成4个字符..
　　②每76个字符加一个换行符..
　　③.最后的结束符也要处理..
　　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）

java代码示例：

1. public final class Base64 {
2. static private final int BASELENGTH = 255;
3. static private final int LOOKUPLENGTH = 64;
4. static private final int TWENTYFOURBITGROUP = 24;
5. static private final int EIGHTBIT = 8;
6. static private final int SIXTEENBIT = 16;
7. static private final int SIXBIT = 6;
8. static private final int FOURBYTE = 4;
9. static private final int SIGN = -128;
10. static private final char PAD = '=';
11. static private final boolean fDebug = false;
12. static final private byte[] base64Alphabet = new byte[BASELENGTH];
13. static final private char[] lookUpBase64Alphabet = new char[LOOKUPLENGTH];
14. static {
15. for (int i = 0; i < BASELENGTH; i++) {
16. base64Alphabet[i] = -1;
17. }
18. for (int i = 'Z'; i >= 'A'; i--) {
19. base64Alphabet[i] = (byte) (i - 'A');
20. }
21. for (int i = 'z'; i >= 'a'; i--) {
22. base64Alphabet[i] = (byte) (i - 'a' + 26);
23. }
24. for (int i = '9'; i >= '0'; i--) {
25. base64Alphabet[i] = (byte) (i - '0' + 52);
26. }
27. base64Alphabet['+'] = 62;
28. base64Alphabet['/'] = 63;
29. for (int i = 0; i <= 25; i++)
30. lookUpBase64Alphabet[i] = (char) ('A' + i);
31. for (int i = 26, j = 0; i <= 51; i++, j++)
32. lookUpBase64Alphabet[i] = (char) ('a' + j);
33. for (int i = 52, j = 0; i <= 61; i++, j++)
34. lookUpBase64Alphabet[i] = (char) ('0' + j);
35. lookUpBase64Alphabet[62] = (char) '+';
36. lookUpBase64Alphabet[63] = (char) '/';
37. }
38. protected static boolean isWhiteSpace(char octect) {
39. return (octect == 0x20 || octect == 0xd || octect == 0xa || octect == 0x9);
40. }
41. protected static boolean isPad(char octect) {
42. return (octect == PAD);
43. }
44. protected static boolean isData(char octect) {
45. return (base64Alphabet[octect] != -1);
46. }
47. protected static boolean isBase64(char octect) {
48. return (isWhiteSpace(octect) || isPad(octect) || isData(octect));
49. }
50. /**
51. * Encodes hex octects into Base64
52. *
53. * @param binaryData
54. *            Array containing binaryData
55. * @return Encoded Base64 array
56. */
57. public static String encode(byte[] binaryData) {
58. if (binaryData == null)
59. return null;
60. int lengthDataBits = binaryData.length * EIGHTBIT;
61. if (lengthDataBits == 0) {
62. return "";
63. }
64. int fewerThan24bits = lengthDataBits % TWENTYFOURBITGROUP;
65. int numberTriplets = lengthDataBits / TWENTYFOURBITGROUP;
66. int numberQuartet = fewerThan24bits != 0 ? numberTriplets + 1
67. : numberTriplets;
68. int numberLines = (numberQuartet - 1) / 19 + 1;
69. char encodedData[] = null;
70. encodedData = new char[numberQuartet * 4 + numberLines];
71. byte k = 0, l = 0, b1 = 0, b2 = 0, b3 = 0;
72. int encodedIndex = 0;
73. int dataIndex = 0;
74. int i = 0;
75. if (fDebug) {
76. System.out.println("number of triplets = " + numberTriplets);
77. }
78. for (int line = 0; line < numberLines - 1; line++) {
79. for (int quartet = 0; quartet < 19; quartet++) {
80. b1 = binaryData[dataIndex++];
81. b2 = binaryData[dataIndex++];
82. b3 = binaryData[dataIndex++];
83. if (fDebug) {
84. System.out.println("b1= " + b1 + ", b2= " + b2 + ", b3= "
85. + b3);
86. }
87. l = (byte) (b2 & 0x0f);
88. k = (byte) (b1 & 0x03);
89. byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2)
90. : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
91. byte val2 = ((b2 & SIGN) == 0) ? (byte) (b2 >> 4)
92. : (byte) ((b2) >> 4 ^ 0xf0);
93. byte val3 = ((b3 & SIGN) == 0) ? (byte) (b3 >> 6)
94. : (byte) ((b3) >> 6 ^ 0xfc);
95. if (fDebug) {
96. System.out.println("val2 = " + val2);
97. System.out.println("k4 = " + (k << 4));
98. System.out.println("vak = " + (val2 | (k << 4)));
99. }
100. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
101. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val2
102. | (k << 4)];
103. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[(l << 2)
104. | val3];
105. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[b3 & 0x3f];
106. i++;
107. }
108. encodedData[encodedIndex++] = 0xa;
109. }
110. for (; i < numberTriplets; i++) {
111. b1 = binaryData[dataIndex++];
112. b2 = binaryData[dataIndex++];
113. b3 = binaryData[dataIndex++];
114. if (fDebug) {
115. System.out.println("b1= " + b1 + ", b2= " + b2 + ", b3= " + b3);
116. }
117. l = (byte) (b2 & 0x0f);
118. k = (byte) (b1 & 0x03);
119. byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2)
120. : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
121. byte val2 = ((b2 & SIGN) == 0) ? (byte) (b2 >> 4)
122. : (byte) ((b2) >> 4 ^ 0xf0);
123. byte val3 = ((b3 & SIGN) == 0) ? (byte) (b3 >> 6)
124. : (byte) ((b3) >> 6 ^ 0xfc);
125. if (fDebug) {
126. System.out.println("val2 = " + val2);
127. System.out.println("k4 = " + (k << 4));
128. System.out.println("vak = " + (val2 | (k << 4)));
129. }
130. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
131. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val2 | (k << 4)];
132. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[(l << 2) | val3];
133. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[b3 & 0x3f];
134. }
135. // form integral number of 6-bit groups
136. if (fewerThan24bits == EIGHTBIT) {
137. b1 = binaryData[dataIndex];
138. k = (byte) (b1 & 0x03);
139. if (fDebug) {
140. System.out.println("b1=" + b1);
141. System.out.println("b1<<2 = " + (b1 >> 2));
142. }
143. byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2)
144. : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
145. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
146. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[k << 4];
147. encodedData[encodedIndex++] = PAD;
148. encodedData[encodedIndex++] = PAD;
149. } else if (fewerThan24bits == SIXTEENBIT) {
150. b1 = binaryData[dataIndex];
151. b2 = binaryData[dataIndex + 1];
152. l = (byte) (b2 & 0x0f);
153. k = (byte) (b1 & 0x03);
154. byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2)
155. : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
156. byte val2 = ((b2 & SIGN) == 0) ? (byte) (b2 >> 4)
157. : (byte) ((b2) >> 4 ^ 0xf0);
158. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
159. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val2 | (k << 4)];
160. encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[l << 2];
161. encodedData[encodedIndex++] = PAD;
162. }
163. encodedData[encodedIndex] = 0xa;
164. return new String(encodedData);
165. }
166. /**
167. * Decodes Base64 data into octects
168. *
169. * @param binaryData
170. *            Byte array containing Base64 data
171. * @return Array containind decoded data.
172. */
173. public static byte[] decode(String encoded) {
174. if (encoded == null)
175. return null;
176. char[] base64Data = encoded.toCharArray();
177. // remove white spaces
178. int len = removeWhiteSpace(base64Data);
179. if (len % FOURBYTE != 0) {
180. return null;// should be divisible by four
181. }
182. int numberQuadruple = (len / FOURBYTE);
183. if (numberQuadruple == 0)
184. return new byte[0];
185. byte decodedData[] = null;
186. byte b1 = 0, b2 = 0, b3 = 0, b4 = 0, marker0 = 0, marker1 = 0;
187. char d1 = 0, d2 = 0, d3 = 0, d4 = 0;
188. int i = 0;
189. int encodedIndex = 0;
190. int dataIndex = 0;
191. decodedData = new byte[(numberQuadruple) * 3];
192. for (; i < numberQuadruple - 1; i++) {
193. if (!isData((d1 = base64Data[dataIndex++]))
194. || !isData((d2 = base64Data[dataIndex++]))
195. || !isData((d3 = base64Data[dataIndex++]))
196. || !isData((d4 = base64Data[dataIndex++])))
197. return null;// if found "no data" just return null
198. b1 = base64Alphabet[d1];
199. b2 = base64Alphabet[d2];
200. b3 = base64Alphabet[d3];
201. b4 = base64Alphabet[d4];
202. decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
203. decodedData[encodedIndex++] = (byte) (((b2 & 0xf) << 4) | ((b3 >> 2) & 0xf));
204. decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b3 << 6 | b4);
205. }
206. if (!isData((d1 = base64Data[dataIndex++]))
207. || !isData((d2 = base64Data[dataIndex++]))) {
208. return null;// if found "no data" just return null
209. }
210. b1 = base64Alphabet[d1];
211. b2 = base64Alphabet[d2];
212. d3 = base64Data[dataIndex++];
213. d4 = base64Data[dataIndex++];
214. if (!isData((d3)) || !isData((d4))) {// Check if they are PAD characters
215. if (isPad(d3) && isPad(d4)) { // Two PAD e.g. 3c[Pad][Pad]
216. if ((b2 & 0xf) != 0)// last 4 bits should be zero
217. return null;
218. byte[] tmp = new byte[i * 3 + 1];
219. System.arraycopy(decodedData, 0, tmp, 0, i * 3);
220. tmp[encodedIndex] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
221. return tmp;
222. } else if (!isPad(d3) && isPad(d4)) { // One PAD e.g. 3cQ[Pad]
223. b3 = base64Alphabet[d3];
224. if ((b3 & 0x3) != 0)// last 2 bits should be zero
225. return null;
226. byte[] tmp = new byte[i * 3 + 2];
227. System.arraycopy(decodedData, 0, tmp, 0, i * 3);
228. tmp[encodedIndex++] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
229. tmp[encodedIndex] = (byte) (((b2 & 0xf) << 4) | ((b3 >> 2) & 0xf));
230. return tmp;
231. } else {
232. return null;// an error like "3c[Pad]r", "3cdX", "3cXd", "3cXX"
233. // where X is non data
234. }
235. } else { // No PAD e.g 3cQl
236. b3 = base64Alphabet[d3];
237. b4 = base64Alphabet[d4];
238. decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
239. decodedData[encodedIndex++] = (byte) (((b2 & 0xf) << 4) | ((b3 >> 2) & 0xf));
240. decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b3 << 6 | b4);
241. }
242. return decodedData;
243. }
244. /**
245. * remove WhiteSpace from MIME containing encoded Base64 data.
246. *
247. * @param data
248. *            the byte array of base64 data (with WS)
249. * @return the new length
250. */
251. protected static int removeWhiteSpace(char[] data) {
252. if (data == null)
253. return 0;
254. // count characters that's not whitespace
255. int newSize = 0;
256. int len = data.length;
257. for (int i = 0; i < len; i++) {
258. if (!isWhiteSpace(data[i]))
259. data[newSize++] = data[i];
260. }
261. return newSize;
262. }
263. public static void main(String[] args) {
264. System.out.println(encode("中华人民共和国".getBytes()));
265. }
266. }