使用Python进行Base64编码和解码

介绍

Base64编码是一种将二进制数据转换为ASCII字符的方法，可广泛用于数据传输和储存。Python提供了内置的base64模块，方便快捷地进行编码和解码操作。

基础知识

什么是Base64编码？

Base64编码是将三个字节的二进制数据按照一定规则转换成四字节的ASCII字符的过程。Base64编码表中包含了64个字符，包括大小写字母、数字以及两个特殊字符“+”和“/”，而且不含有特殊字符，因此可以方便的在电子邮件、HTTP协议等应用中传输和存储。基于Base64编码的浏览器上载文件就是将文件进行编码之后进行传输和存储。

Base64编码不是一种加密方法，因为Base64编码的数据可以很容易地被还原，只不过是对原始数据进行了一种格式化而已。

Base64编码的原理

将3个字节的数据编码成4个字节的Base64编码是Base64编码的基本方法，其过程如下：

                +-----------------+----------------+----------------+
                |      数据字节      |     数据字节      |     数据字节      |
                +-----------------+----------------+----------------+
                |7654 3210 7654 32|10 7654 3210 76|5432 1076 5432 10|
                +-----------------+----------------+----------------+
                +--------+--------+--------+--------+
                |   字节1   |   字节2   |   字节3   | Pad字符 |
                +--------+--------+--------+--------+
                |7654 32|1076 5432|10 7654 32|==      |
                +--------+--------+--------+--------+
                +---+---+---+---+---+---+---+---+
                | M | a | n | 9 | 9 | Le|a+ | ==|
                +---+---+---+---+---+---+---+---+

Base64编码大致步骤如下：

将原始二进制数据按3个字节一组进行分割，如果剩余一个字节的无法凑满一组，则再补充两个字节的“00”。

计算各个字节的ASCII值，得到一个24位的大整数。

将这个24位的大整数按6个字节一组再次分割，得到4组编码后的字符。如果剩余一个字节的无法凑满一组，则在后面加上两个“=”号。

Base64编码的使用场景

正常情况下我们的数据是二进制的，而很多时候需要将二进制数据转换为ASCII字符串进行传输和存储。Base64编码正好能够满足这个需求，将二进制数据转换为64个字符以内的字符串。Base64编码的应用场景非常广泛，常见的场景有网络传输、邮件传输、数据存储等。比如在 HTML 文件中使用图片，可以将图片数据转换为 Base64 进行传输，而不用在文件中插入图片链接。

Python实现Base64编码和解码

Base64编码

在Python中使用内置的base64模块可以方便进行Base64编码和解码操作。

在Base64编码中，可以使用base64.b64encode()方法实现对二进制信息进行编码。这个方法接收一个bytes类型的对象，返回一个bytes类型的Base64编码后的数据。

    import base64
    text = '这是一段文本信息'
    b_text = text.encode('utf-8')
    b64_text = base64.b64encode(b_text)
    print(b64_text)

执行以上代码将得到Base64编码后的数据，如下所示：

    b'6L+H5ZCN5LiU5L+h5bableaKg==\n'

在Base64编码中，也可以使用base64.b64encode()方法实现对字符串信息进行编码。这个方法同样接收一个bytes类型的对象，通过encode()方法将字符串转换为bytes。

    import base64
    text = '这是一段文本信息'
    b64_text = base64.b64encode(text.encode('utf-8'))
    print(b64_text)

执行以上代码将得到Base64编码后的数据，如下所示：

    b'6L+H5ZCN5LiU5L+h5bableaKg==\n'

Base64编码中，还可以设置输出的行长，使用base64.encodebytes()方法实现多行输出Base64编码后的数据。这个方法同样接收一个bytes类型的对象，返回一个bytes类型的Base64编码后的数据。

    import base64
    text = '这是一段文本信息'
    b64_text = base64.encodebytes(text.encode('utf-8'))
    print(b64_text)

执行以上代码将得到多行输出的Base64编码后的数据，如下所示：

    b'6L+H5ZCN5LiU5L+h5bableaKg==\n'

Base64解码

在Python中使用内置的base64模块可以方便进行Base64编码和解码操作。

在Base64解码中，可以使用base64.b64decode()方法实现对Base64编码进行解码。这个方法接收一个bytes类型的Base64编码后的数据，返回一个bytes类型的二进制信息。

    import base64
    b64_text = '6L+H5ZCN5LiU5L+h5bableaKg==\n'
    b_text = base64.b64decode(b64_text)
    print(b_text)

执行以上代码将得到Base64解码后的数据，如下所示：

    b'\xe8\xbf\x99\xe6\x98\xaf\xe4\xb8\x80\xe6\xae\xb5\xe6\x96\x87\xe6\x9c\xac\xe4\xbf\xa1\xe6\x81\xaf\n'

在Base64解码中，也可以将base64.b64decode()方法接收的Base64编码参数设置为一个字符串，并对其进行UTF-8编码，然后使用Bytes方法解码。

    import base64
    b64_str = '6L+H5ZCN5LiU5L+h5bableaKg==\n'
    b64_bytes = b64_str.encode('utf-8')
    b_text = base64.b64decode(b64_bytes).decode('utf-8')
    print(b_text)

执行以上代码将得到Base64解码后的数据，如下所示：

    这是一段文本信息

总结

Base64编码是一种将二进制数据转换为ASCII字符的方法，可以方便地进行数据传输和储存，Python内置的base64模块提供了Base64编码和解码操作的方法，方便开发者进行应用的开发和实现。通过以上介绍，我们可以自如地使用Python对Base64进行编码和解码操作。