什么是 Base64？
Base64 是一种二进制到文本的编码方案，使用 64 个可打印的 ASCII 字符来表示二进制数据：A-Z、a-z、0-9、+ 和 /（加上用于填充的 =）。名称“Base64”即源于此 64 字符字母表。
它专为解决特定问题而设计：某些系统（电子邮件协议、XML 文档、URL）仅处理文本而非原始二进制。Base64 允许你在纯文本环境中嵌入二进制数据——图像、文件、加密字节、数字签名等。
Base64 不是加密。 它没有密钥，也不提供安全性。解码对任何人来说都是简单且可逆的。其目的是兼容性编码，而非保密。
Base64 的工作原理
Base64 的工作原理：
- 将输入字节按 3 个一组（24 位）分组
- 将每个 24 位组拆分为四个 6 位块
- 在 Base64 字母表中查找每个 6 位值（0–63 → A–Z、a–z、0–9、+、/）
- 如果输入字节数不是 3 的倍数，则添加
=填充字符
示例：编码 "Man"
输入： M a n
ASCII： 77 97 110
位： 01001101 01100001 01101110
24 位组： 010011 010110 000101 101110
查找： T W F u
输出： TWFu
大小增加： Base64 输出始终是输入大小的 4/3（加上填充）。3 字节输入变为 4 个字符。1 MB 文件编码后约为 1.37 MB。
填充
如果输入长度不是 3 的倍数：
- 剩余 1 字节 → 2 个 Base64 字符 +
== - 剩余 2 字节 → 3 个 Base64 字符 +
=
"M" → TWO= （1 字节输入 → 4 个字符，含 == 填充）
"Ma" → TWE= （2 字节输入 → 4 个字符，含 = 填充）
"Man"→ TWFu （3 字节输入 → 4 个字符，无填充）
URL 安全的 Base64
标准 Base64 使用 + 和 /，它们在 URL 中有特殊含义。Base64url 替换：
+→-/→_- 通常省略填充
=（因为 URL 中的%3D不美观）
用于：JWT、OAuth 令牌、许多 Web API。
在代码中编码和解码
JavaScript（浏览器）
// 浏览器内置函数：btoa（二进制到 ASCII）和 atob（ASCII 到二进制）
// 将字符串编码为 Base64
const encoded = btoa('Hello, World!');
// => 'SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=='
// 将 Base64 解码为字符串
const decoded = atob('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==');
// => 'Hello, World!'
// ⚠️ btoa/atob 仅适用于 Latin-1 字符。
// 对于 Unicode 字符串，先编码为 UTF-8 字节：
function toBase64(str) {
return btoa(encodeURIComponent(str).replace(/%([0-9A-F]{2})/g,
(_, p1) => String.fromCharCode(parseInt(p1, 16))
));
}
function fromBase64(b64) {
return decodeURIComponent(atob(b64).split('').map(
c => '%' + ('00' + c.charCodeAt(0).toString(16)).slice(-2)
).join(''));
}
// 或使用现代 TextEncoder 方法：
function toBase64Modern(str) {
const bytes = new TextEncoder().encode(str);
let binary = '';
for (const b of bytes) binary += String.fromCharCode(b);
return btoa(binary);
}
JavaScript（Node.js）
// Node.js — Buffer
const text = 'Hello, World!';
// 编码
const encoded = Buffer.from(text).toString('base64');
// => 'SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=='
// Base64url（无填充，URL 安全字符）
const encodedUrl = Buffer.from(text).toString('base64url');
// 解码
const decoded = Buffer.from('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==', 'base64').toString('utf8');
// => 'Hello, World!'
// 编码文件
const { readFileSync } = require('fs');
const fileBase64 = readFileSync('/path/to/image.png').toString('base64');
Python
import base64
# 编码字节
encoded = base64.b64encode(b'Hello, World!')
print(encoded) # b'SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=='
print(encoded.decode()) # 'SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=='
# 解码
decoded = base64.b64decode('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==')
print(decoded) # b'Hello, World!'
# URL 安全的 Base64
url_encoded = base64.urlsafe_b64encode(b'binary data here')
url_decoded = base64.urlsafe_b64decode(url_encoded)
# 编码文件
with open('image.png', 'rb') as f:
img_b64 = base64.b64encode(f.read()).decode()
Go
import "encoding/base64"
// 编码
encoded := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte("Hello, World!"))
// => "SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="
// URL 安全（无填充）
encodedUrl := base64.RawURLEncoding.EncodeToString([]byte("Hello, World!"))
// 解码
decoded, err := base64.StdEncoding.DecodeString("SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==")
常见用例
1. 数据 URL（HTML/CSS 中的内联图像）
将图像直接嵌入 HTML 或 CSS，无需单独的 HTTP 请求：
<img src="data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAA..." />
.icon {
background-image: url('data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0cDovL...');
}
适用于小图标和关键图像，无需单独请求。避免用于大图像——Base64 会使大小增加 33%，并阻止缓存。
2. JWT（JSON Web Token）
JWT 由三个 Base64url 编码的部分组成，以点分隔：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIn0.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c
^header^ ^payload^ ^signature^
解码头部：atob('eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9') → {"alg":"HS256","typ":"JWT"}
3. 电子邮件附件（MIME）
SMTP 设计用于 ASCII 文本。电子邮件客户端将附件编码为 MIME 部分中的 Base64：
Content-Type: image/jpeg
Content-Transfer-Encoding: base64
/9j/4AAQSkZJRgABAQEASABIAAD/2wBDAAgGBgcGBQgHBwcJCQgKDBQNDAsL...
4. 在 JSON 中存储二进制数据
JSON 不支持二进制。当 API 需要在 JSON 响应中返回二进制数据（例如缩略图、加密 blob）时，Base64 编码是标准方法：
{
"id": "file-123",
"thumbnail": "data:image/webp;base64,UklGRiQAAABXRUJQVlA4...",
"encrypted_key": "c2VjcmV0a2V5..."
}
5. 基本认证头
HTTP 基本认证将凭据发送为 Base64(username:password)：
Authorization: Basic dXNlcjpwYXNzd29yZA==
atob('dXNlcjpwYXNzd29yZA==') → user:password
这是 Base64，不是加密——使用基本认证时务必使用 HTTPS。编码仅防止偶然观察，而非拦截。
6. 加密密钥和证书
PEM 文件（以 -----BEGIN CERTIFICATE----- 开头的文件）包含 Base64 编码的 DER 二进制数据：
-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIFazCCA1OgAwIBAgIUMTIzNDU2Nzg5MEFCQ0RFRjAxMjM0NTY3ODkwMTIz...
-----END CERTIFICATE-----
常见错误
用编码代替加密： Base64 可轻易逆转。切勿仅用 Base64 来“保护”敏感数据。
浏览器中未处理 Unicode： btoa() 在遇到非 Latin-1 字符时会抛出异常。请使用 TextEncoder 或上面展示的百分号编码方法。
解码时忘记填充： 某些系统会去掉 = 填充。解码时可能需要重新添加：b64 + '='.repeat((4 - b64.length % 4) % 4)。
使用错误的变体： 标准 Base64（+、/）与 Base64url（-、_）混淆会导致解码失败。
→ 使用 Base64 字符串转换器 即时编码和解码 Base64 字符串。