(加密基础)base64篇

base64篇

base64严格意义说并不是一种加密方式，而是一种编码方式，标准的base64有很多的特征例如字符串中常常会看到"+“和”",在末尾也时常看到两个连续的"="

1、原理：

base64将每三个字节分成一组（24bit），再将这一组数据数据按照每6个bit进行切割，这样就切割出了4个小组，在将每个小组高位补0，凑齐8bit，在对应base64转化表，将其转化为新的编码。

这里需要注意的是当字符串不是3的倍数时，需要用0对字符串进行补齐，将其转化为3的倍数，然而最后必然会产生全0值，而base64编码表的0对应的通常是’A’，这样在解码时会造成极大的麻烦，因此引入了’='字符串，对末尾的0进行编码,由于base64的特性可能会导致其末尾出现一个或者最多两个0的情况

示例(1):当字符串为三的倍数时：

字符	6	6	6	6	6	6	*	*
16进制表示	0x36	0x36	0x36	0x36
2进制表示	00110110	00110110	00110110	00110110	00110110	00110110
每6位切割处理后	001101	100011	011000	110110	001101	100011	011000	110110
对比base64编码表后	0xD	0x23	0x18	0x36	0xD	0x23	0x18	0x36
对应的base64字符	N	j	Y	2	N	j	Y	2

示例(2):当字符串不为三的倍数时：
这个时候就需要用0将不足三个补齐三个

字符	6	6	*	*
16进制表示	0x36	0x36	0x0(补齐)
2进制表示	00110110	00110110	00000000
每6位切割处理后	001101	100011	011000	00000
对比base64编码表后	0xD	0x23	0x18	0x0(末尾0)
对应的base64字符	N	j	Y	=

2.1、C语言实现(加密)：

1.对输入的字符串进行判断并补成3的倍数

unsigned int			SixBitGroupSize;		//明文6Bit组大小
unsigned char*			BitPlainText;			//明文Bit组	
if (strlen(PlainText) % 3)	//不是3的倍数
	{
    
    
		BitPlainSize		= (strlen(PlainText) / 3 + 1) * 3;
		SixBitGroupSize		= (strlen(PlainText) / 3 + 1) * 4;
	}
	else	//是3的倍数
	{
    
    
		BitPlainSize = strlen(PlainText);
		SixBitGroupSize = strlen(PlainText) / 3 * 4;
	}

这很简单根据实际情况对明文bit组的大小和6bit组的大小进行修正就可以了

2.将已经为3的倍数的字符串(3x8bit)转化成(4x6bit)

int TransitionSixBitGroup(unsigned char *BitPlainText, unsigned char* SixBitGroup, unsigned int SixBitGroupSize)
{
    
    
    int ret = 0;
 
    //1、每4个6Bit组一个循环
    for (int i = 0, j = 0; i < SixBitGroupSize; i += 4, j += 3)
    {
    
    
        SixBitGroup[i]        = ((BitPlainText[j] & 0xFC) >> 2);
        SixBitGroup[i + 1]    = ((BitPlainText[j] & 0x03) << 4) + ((BitPlainText[j + 1] & 0xF0) >> 4);
        SixBitGroup[i + 2]    = ((BitPlainText[j + 1] & 0x0F) << 2) + ((BitPlainText[j + 2] & 0xC0) >> 6);
        SixBitGroup[i + 3]    = (BitPlainText[j + 2] & 0x3F);
    }
 
    return ret;
}

for循环代码分析：

(1)SixBitGroup[i] = ((BitPlainText[j] & 0xFC) >> 2);

根据&操作符的特性，将8位二进制数据保留前6位，在将前6位数据右移2位实现补零操作

(2)SixBitGroup[i + 1] = ((BitPlainText[j] & 0x03) << 4) + ((BitPlainText[j + 1] & 0xF0) >> 4);

将第一个8位的后两位提出来，左移4位作为第二个6bit的高位和第二个8位的前4位进行相加

(3)SixBitGroup[i + 2] = ((BitPlainText[j + 1] & 0x0F) << 2) + ((BitPlainText[j + 2] & 0xC0) >> 6);

将第二个8位的后四位提取出来，向左移2位作为高位和第三个8位的前两位右移6位到最低位，后相加

(3)SixBitGroup[i + 3] = (BitPlainText[j + 2] & 0x3F)

将第3个8位的后6位直接提取出来

3.获取6bit转换成功后的字符串

unsigned char Base64Table[64] =
{
    
    
    'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H',
    'I', 'G', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P',
    'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X',
    'Y', 'Z', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f',
    'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n',
    'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v',
    'w', 'x', 'y', 'z', '0', '1', '2', '3',
    '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/'
};
 
int GetBase64String(unsigned char *CipherGroup, unsigned char *SixBitGroup, unsigned int SixBitGroupSize)
{
    
    
    int ret = 0;
 
    for (int i = 0; i < SixBitGroupSize; i++)
    {
    
    
        CipherGroup[i] = Base64Table[SixBitGroup[i]];
    }
 
    return ret;
}

4.获取6bit转换成功后的字符串最后两位,若为’A’则将其转化为’=’

for (int i = SixBitGroupSize - 1; i > SixBitGroupSize - 3; i--)
{
    
    
    if (CipherGroup[i] == 'A')
    {
    
    
        CipherGroup[i] = '=';
    }
}

2。2、C语言实现(解码)：

1.首先将编码的字符串转化为对应的值

int GetBase64Index(unsigned char *CipherText, unsigned char *Base64Index, unsigned int Base64IndexSize)
{
    
    
    int ret = 0;
 
    for (int i = 0; i < Base64IndexSize; i++)
    {
    
    
        //计算下标
        if (CipherText[i] >= 'A' && CipherText[i] <= 'Z')    //'A'-'Z'
        {
    
    
            Base64Index[i] = CipherText[i] - 'A';
        }
        else if (CipherText[i] >= 'a' && CipherText[i] <= 'z')    //'a'-'z'
        {
    
    
            Base64Index[i] = CipherText[i] - 'a' + 26;
        }
        else if (CipherText[i] >= '0' && CipherText[i] <= '9')    //'0'-'9'
        {
    
    
            Base64Index[i] = CipherText[i] - '0' + 52;
        }
        else if (CipherText[i] == '+')
        {
    
    
            Base64Index[i] = 62;
        }
        else if (CipherText[i] == '/')
        {
    
    
            Base64Index[i] = 63;
        }
        else    //处理字符串末尾是'='的情况
        {
    
    
            Base64Index[i] = 0;
        }
    }
 
    return ret;
}

其实也可以通过索引Base64Table[64]数组，但是这样做会极大增加时间复杂度，因此在C语言中没有这么做

2.将4X6Bit组转换为3X8Bit组形式

int TransitionEightBitGroup(unsigned char *BitPlainText, unsigned char *Base64Index, unsigned int Base64IndexSize)
{
    
    
    int ret = 0;
 
    for (int i = 0, j = 0; j < Base64IndexSize; i += 3, j += 4)
    {
    
    
        BitPlainText[i]        = (Base64Index[j] << 2) + ((Base64Index[j + 1] & 0xF0) >> 4);
        BitPlainText[i + 1]    = ((Base64Index[j + 1] & 0x0F) << 4) + ((Base64Index[j + 2] & 0xFC) >> 2);
        BitPlainText[i + 2]    = ((Base64Index[j + 2] & 0x03) << 6) + Base64Index[j + 3];
    }
F
    return ret;
}

这个跟前面一样也是相关的位移、取出指定位的操作

3、python：

import base64
#加密
s = '66'
a = base64.b64encode(s.encode('utf-8'))
print(a)
#解密
print (base64.b64decode(a))

补充：
ctf题可能出现base64变码的情况这个时候就需要进行一些转化：

import base64
table_tmp = ['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'N', 'M','O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z', 'a', 'b','c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p','q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z', '9', '1', '2', '3','4', '5', '6', '7', '8', '0', '+', '/']
table_original = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/'
table_tmp_str = ''
str1 = ''  
for i in table_tmp:
	table_tmp_str += i
print(table_tmp_str)
print(base64.b64decode(str1.translate(str.maketrans(table_tmp_str,table_original))))

4.java

思路和C语言基本相同

public class Base64Realize {
    
    
    //进行base64映射的字符数组
    private final static char[] str = {
    
    'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z',
                                   'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z',
                                   '0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','+','/'};

    /**
     * 获取解码器
     * @return
     */
    public static Base64Realize getDecoder(){
    
    
        return new Base64Realize();
    }

    /**
     * 解码
     * @param code
     * @return
     */
    public String decode(String code){
    
    
        //对字符串的长度进行计算
        int length = code.length();
        //判断长度的合法性
        if(length == 0 || length % 4 != 0)
            return null;
        //获取字符串末尾的'='号数目
        int endEqualNum = 0;
        if(code.endsWith("=="))
            endEqualNum = 2;
        else if(code.endsWith("="))
            endEqualNum = 1;
        //对末尾的=号进行替换
        code.replace('=','0');
        StringBuilder sb = new StringBuilder(length);
        //解码
        int blockNum = length / 4;
        String afterDecode = "";
        for(int i = 0;i < blockNum;i++){
    
    
            afterDecode = decodeDetail(code.substring(i * 4,i * 4 + 4));
            sb.append(afterDecode);
        }
        //返回字符串
        String result = sb.toString();
        return result.substring(0,result.length() - endEqualNum);
    }

    /**
     * 编码
     * @param code
     * @return
     */
    public String encode(String code){
    
    
        //初始化判断
        if (code == null || code.equals(""))
            return null;
        //获取需编码字符串的长度
        int length = code.length();
        StringBuilder sb = new StringBuilder(length * 2);
        //转化为char型数组
        char[] code1 = code.toCharArray();
        //获取长度对3的取余
        int mod = length % 3;
        //获取长度对3的倍数的
        int div = length / 3;
        //编码
        for(int i = 0;i < div;i++){
    
    
            int temp = i * 3;
            sb.append(encodeDetail(code1[temp],code1[temp + 1],code1[temp + 2]));
        }
        //对超出的进行额外的编码
        if (mod == 1) {
    
    
            String str = encodeDetail(code1[length - 1], '\0', '\0');
            sb.append(str.substring(0,str.length() - 2) + "==");
        }
        if(mod == 2) {
    
    
            String str = encodeDetail(code1[length - 2], code1[length - 1], '\0');
            sb.append(str.substring(0,str.length() - 1) + "=");
        }
        return sb.toString();
    }

    /**
     * 编码的详细步骤
     * @param a1
     * @param a2
     * @param a3
     * @return
     */
    private String encodeDetail(char a1,char a2,char a3){
    
    
        char[] b = new char[4];
        b[0] = str[((a1 & 0xFC) >> 2)];
        b[1] = str[(a1 & 0x03) << 4 | (a2 & 0xF0) >> 4];
        b[2] = str[(a2 & 0x0F) << 2 | (a3 & 0xC0) >> 6];
        b[3] = str[(a3 & 0x3F)];
        return String.copyValueOf(b);
    }


    /**
     * 解码的详细步骤
     * @param str
     * @return
     */
    private String decodeDetail(String str){
    
    
        int len = str.length();
        if(len != 4)
            return null;
        char[] b = new char[3];
        int a1 = getIndex(str.charAt(0));
        int a2 = getIndex(str.charAt(1));
        int a3 = getIndex(str.charAt(2));
        int a4 = getIndex(str.charAt(3));
        b[0] = (char) (a1 << 2 | (a2 & 0x30) >> 4);
        b[1] = (char) ((a2 & 0x0F) << 4 | (a3 & 0x3C) >> 2);
        b[2] = (char) ((a3 & 0x03) << 6 | a4);
        return String.copyValueOf(b);
    }

    /**
     * 获取字节的映射位置
     * @param c
     * @return
     */
    private int getIndex(char c){
    
    
        for(int i = 0;i < str.length;i++){
    
    
            if(str[i] == c)
                return i;
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 获取编码器
     * @return
     */
    public static Base64Realize getEncoder(){
    
    
        return new Base64Realize();
    }
}

参考链接：https://bbs.pediy.com/thread-253433.htm