Base64编码

写在前面

今天在做一个Android app时遇到了一个问题：Android端采用ASE对称加密的数据在JavaWeb（jre1.8.0_7）后台解密时，居然解密失败了！经过测试后发现，对相同的数据，采用相同的密钥加密时，得到的密文是不同的，而加密的代码是完全一样的，只是在加密最后，对加密结果进行Base64编码时，API的调用略有不同。

在Android上，ASE加密是这样写的：

public static String aesEncrypt(String content, String encryptKey) throws Exception {
	KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
    kgen.init(128, new SecureRandom(encryptKey.getBytes()));
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(kgen.generateKey().getEncoded(), "AES"));
    byte[] bs = cipher.doFinal(content.getBytes("utf-8"));
    return Base64.encodeToString(bs, Base64.DEFAULT);
}

在普通JavaWeb上，ASE加密是这样写的：

public static String aesEncrypt(String content, String encryptKey) throws Exception {
	KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
	kgen.init(128, new SecureRandom(encryptKey.getBytes()));
	Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
	cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(kgen.generateKey().getEncoded(), "AES"));
	return Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(content.getBytes("utf-8")));
}

最开始以为是二者Base64编码标准不同造成的，于是去了解了一下Base64编码的原理，但最终发现其实二者加密得到的byte数组就不同，估计是标准不同吧。

下面是对Base64编码的学习记录，以及用Java实现Base64编码，主要参考了程晓晖的博客。

什么是Base64编码

首先，我们知道，编码的目的一般是为了数据的压缩，再就是数据传输的需要。Base64编码的产生就是因为后者：有些网络传送渠道并不支持所有的字节的传输。Base64编码就是一种将二进制数据映射成一些可打印字符（或逆过来）的映射规则，具体的说是映射到[A-Za-z0-9+/]上。比如将字符"中国"映射成5Lit5Zu9，当然也可将图片或其他文件编码成类似上述的字符。

Base64编码的原理

其次，我们需要知道的是，在计算机的世界里，一切都是由01011...这样的二进制数组成的，包括一个字符串，一张图片或一些其他类型的文件。比如对于一个字符串"中"，在Java里，我们可以调用"中".getBytes()来得到"中"对应的字节数组：[-28, -72, -83]，再将字节数组中的每个数转换为二进制，连接起来便是其二进制表示了：1110 0100_1011 1000_1010 1101（为了便于阅读，用下滑线将每个字节分开。当然，采用不同的编码形式，得到的字节数组可能不同，此处采用的是utf-8编码）。对于文件，可以从其输入流读中取到。

因为字符集合[A-Za-z0-9+/]长度是64，可以与所有6位长的二进制数一一对应 ，于是Base64编码的做法就是，将待编码的所有二进制位每6位分为一组，然后将每组二进制数映射到字符集合中的一个字符，最后将这些映射的字符依次排列起来便得到了编码结果。当然，待编码的二进制位可能不能被6整除，即最终可能会剩余2个或4个二进制位不能构成一组，这时我们可以在其后添加4或2个0来凑成一组。

比如对于上述的字符串"中"，其二进制为：1110 0100_1011 1000_1010 1101，我们每6位组成一组，得到：111001_001011_100010_101101，每组转换为十进制就是：57_11_34_45,在按顺序映射到字符集合[A-Za-z0-9+/]上，便得到其Base64编码为：5Lit。如果最后一组填充了0，则还需在编码后的字符串后加上=符号。

解码的过程就是编码过程的逆过程，这里不再赘述。

Base64编码的实现

下面给出Base64编码的实现（末尾未加=）：

public static String base64Encode(String text) {
	if (text == null) {
		return null;
	}
	final String table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+-";
	byte[] textBytes = text.getBytes();
	byte[] keyBytes = key.getBytes();
	int remain = 0, remainBitCount = 0;
	StringBuilder builder = new StringBuilder();
	for (int i = 0; i < textBytes.length; i++) {
		int b = textBytes[i] & 0xFF;
		// 获取b的高(6 - remainBitCount)位
		int hight = b >>> (2 + remainBitCount) & 0xFF;
		// 与上一轮的余留组合成一个字节
		int curr = remain << (6 - remainBitCount) | hight;
		// builder.append(table.charAt(curr));
		builder.append(table.charAt(curr));
		// 剩余b的低(2 + remainBitCount)位
		remain = hight << (2 + remainBitCount) ^ b;
		remainBitCount += 2;
		// 若剩余的位刚好为6位，则进行编码
		if (remainBitCount == 6) {
			builder.append(table.charAt(remain));
			remainBitCount = 0;
			remain = 0;
		}
	}
	if (remainBitCount != 0) {
		// 多出的位到末尾补0凑够6位
		builder.append(table.charAt(remain << (6 - remainBitCount)));
	}
	return builder.toString();
}

public static String base64Decode(String text) {
	if (text == null) {
		 return text;
	}
	byte[] bs = new byte[text.length() * 6 / 8];
	int pos = 0, remain = 0, remainBitCount = 0;
	final String table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+-";
	for (int i = 0; i < text.length(); i++) {
		int code = table.indexOf(text.charAt(i));
		if (remainBitCount + 6 < 8) {
			// 不足一个字节
			remain = remain << 6 | code;
			remainBitCount += 6;
		} else {
			// 足够一个字节，取code的高(8 - remainBitCount)位
			int hight = code >>> (remainBitCount - 2) & 0xFF;
			bs[pos] = (byte) (remain << (8 - remainBitCount) | hight);
			pos++;
			remainBitCount -= 2;
            // 保留剩余的位
			remain = hight << remainBitCount ^ code;
		}
	}
	return new String(bs);
}