为什么会有base64 以及base64的说明和使用

一、为什么会有base64

首先，我们要知道所有数据在电脑中最终都是二进制数存储的，而在取数据时，是用不同的解码方式，将数据解码成自己想要的数据。Ascii码是8位二进制数，范围是0-255，gbk是16位二进制数，范围更大…

而现在所有的电脑都是以Ascii码编码方式存储的存储二进制数的，其他解码是在Ascii码的基础上解码的。Ascii的33-127之间的值是可打印字符，可以在显示屏上显示出来，Ascii码的0-32及128～255之间的值是不可打印字符，是一些控制符等等，这些在显示屏上是不能显示的。具体可以见下图：

1.主要原因：避免信息出错和查看二进制信息

（1）在网络上交换数据时，比如说从A地传到B地，往往要经过多个路由设备，由于不同的设备对字符的处理方式有一些不同，这样那些不可见字符就有可能被处理错误，这是不利于传输的。所以就先把数据先做一个Base64编码，统统变成可见字符，这样出错的可能性就大降低了。

（2）我们不知道二进制信息哪里出错了或者想查看二进制信息，有些二进制信息表示的信息无法打印出来。这时，我们需要一个二进制到字符串的转换方法。而Base64是一种最常见的二进制编码方法。

2.使用场景

对证书来说，特别是根证书，一般都是作Base64编码的，因为它要在网上被许多人下载。
电子邮件的附件一般也作Base64编码的，因为一个附件数据往往是有不可见字符的。
比如http协议当中的key value字段的值，必须进行URLEncode ，
因为一些特殊符号（等号或者空格）是有特殊含义的，造成混淆，解析失败，那么需要把这些值统一处理为可见字符，传输完再解析回来。
网页中一些小图片可以直接以base64编码的方式嵌入。不用再用链接请求消耗资源。
很多比较老的协议还是只支持纯文本的,比如SMTP协议。
有时在一些特殊应用的场合，大多数消息是纯文本的，偶尔需要用这条纯文本通道传一张图片之类的情况发生的时候,就会用到base64

二、编码与加密

很多人都以为编码（Encoding）和加密（Encryption）是同一个意思。编码和加密都是对格式的一种转换，但是它们是有区别的。编码是公开的，比如下面要介绍的Base 64编码，任何人都可以解码；而加密则相反，你只希望自己或者特定的人才可以对内容进行解密。

三、base64的说明和使用

Base64是一种用64个字符来表示任意二进制数据的方法。

Base64的原理很简单，首先，准备一个包含64个可打印字符的数组：

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

3个字节一组的二进制转为一组4节，每节6位，即3*8 = 4*6

可以看见，用base64编码后，字符长度是原来的4/3

如果要编码的二进制数据不是3的倍数，最后会剩下1个或2个字节怎么办？Base64用\x00字节在末尾补足后，再在编码的末尾加上1个或2个=号，表示补了多少字节，解码的时候，会自动去掉。

import base64

a = base64.b64encode(b'beijing')
print(len(a), a)
b = base64.b64decode(a)
print(len(b), b)

# 结果：
12 b'YmVpamluZw=='
7 b'beijing'

这里一个字母是8位，所以3个字母base64编码是4个字符，这里7需要补两位，9*（4/3）=12

由于标准的Base64编码后可能出现字符+和/，在URL中就不能直接作为参数，所以又有一种"url safe"的base64编码，其实就是把字符+和/分别变成-和_：

import base64

a = base64.urlsafe_b64encode(b'beij\xff\xffing')
print(len(a), a)
b = base64.urlsafe_b64decode(a)
print(len(b), b)

# 结果：
12 b'YmVpav__aW5n'
9 b'beij\xff\xffing'