Python 标准库 base64 编码解码

说明

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Base64 是一种用 64 个字符来表示任意二进制数据的编码方法。Python 标准库 base64 提供了将二进制数据编码为可打印的 ASCII 字符以及将这种编码格式解码回二进制数据的函数。当计算机将Base64字符转换为二进制时，每个Base64字符代表6位信息。这不是加密算法，不应用于安全目的。

什么是 base64

您是否曾经通过电子邮件收到过某个人的 PDF 或图像文件，但在打开时却看到奇怪的字符？如果您的电子邮件服务器仅设计用于处理文本数据，则可能会发生这种情况。包含二进制数据的文件（表示图像等非文本信息的字节）在传输和处理到纯文本系统时很容易损坏。Base64编码允许我们将包含二进制或文本数据的字节转换为ASCII字符。通过对数据进行编码，我们提高了各种系统正确处理数据的机会。

Base64 是一种基于 64 个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。由于log(2)64=6，所以每6个比特为一个单元，对应某个可打印字符。3个字节相当于24个比特，对应于4个Base64单元，即3个字节可由4个可打印字符来表示。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9，这样共有62个字符，此外两个可打印符号在不同的系统中而不同。一些如uuencode的其他编码方法，和之后BinHex的版本使用不同的64字符集来代表6个二进制数字，但是不被称为Base64。

Base64常用于在通常处理文本数据的场合，表示、传输、存储一些二进制数据，包括MIME的电子邮件及XML的一些复杂数据。

日常中，我们用记事本等纯文本打开 exe、jpg、pdf 这些文件时，会看到一大堆乱码，因为二进制文件包含很多无法显示和打印的字符，所以，如果要让记事本这样的文本处理软件能处理二进制数据，就需要一个二进制到字符串的转换方法。Base64是一种最常见的二进制编码方法。

base64 原理

简单理解：将任何二进制的文件转换为 ASCII 的纯文本编码，这样就可以在任何兼容 ASCII 纯文本协议的地方完好无损地传输、保存数据，不用担心文件因编码解码而损坏。为了减少编码元素，它是从 ASCII 中选取的 64 个子集，全是可显示字符，base64 意为从这 64 个字符为底，又称基底64。Base64是一种通过查表的编码方法，不能用于加密。

Base64编码是将字节转换为ASCII字符的一种类型。在数学中，数字系统的基础是指有多少不同的字符代表数字。这种编码的名称直接来自于基的数学定义——我们有64个代表数字的字符。

Base64字符集包含：

26个大写字母
26个小写字母
10个数字
+和/，用于新行（某些实现可能使用不同的字符）

我们将通过转换文本数据来说明Base64编码的工作原理，因为它比各种二进制格式更标准。如果我们要对字符串进行Base64编码，我们将遵循以下步骤：

获取字符串中每个字符的ASCII值
计算ASCII值的8位二进制等效值
只需将数字重新分组，即可将8位数据块转换为6位数据块
将6位二进制组转换为各自的十进制值。
使用base64编码表，为每个十进制值分配相应的base64字符。

快速使用

以下是一个最为简单的编码和解码过程：

import base64

# 编码
s = "盖若是一个好网站"
# 一个 bytes-like 对象
encoder = base64.b64encode(s.encode("utf-8"))
encoder # byte类型
# b'55uW6Iul5piv5LiA5Liq5aW9572R56uZ'

# 解码为 utf-8 字符串
str_encoder = encoder.decode('utf-8')
str_encoder # str类型
# '55uW6Iul5piv5LiA5Liq5aW9572R56uZ'

# 解码
decoder = base64.b64decode(str_encoder)
decoder.decode('utf-8')
# '盖若是一个好网站'

对文件进行编码成 base64：

import base64

with open('logo.png', 'rb') as binary_file:
    binary_file_data = binary_file.read()
    base64_encoded_data = base64.b64encode(binary_file_data)
    base64_message = base64_encoded_data.decode('utf-8')

    print(base64_message)

# iVBORw0KGgoAAA...5CYII=

base64 解码保存为文件：

import base64

base64_img = 'iVBORw0KGgoAAAANSU...II='

base64_img_bytes = base64_img.encode('utf-8')
with open('decoded_image.png', 'wb') as file_to_save:
    decoded_image_data = base64.decodebytes(base64_img_bytes)
    file_to_save.write(decoded_image_data)

在对二进制文件进行base64解码时，必须知道正在解码的数据类型。

其他方法

我们看一下本模块的其他方法：

import base64

dir(base64)
'''
...
'_urlsafe_encode_translation',
 'a85decode',
 'a85encode',
 'b16decode',
 'b16encode',
 'b32decode',
 'b32encode',
 'b32hexdecode',
 'b32hexencode',
 'b64decode',
 'b64encode',
 'b85decode',
 'b85encode',
 'binascii',
 'bytes_types',
 'decode',
 'decodebytes',
 'encode',
 'encodebytes',
 'main',
 're',
 'standard_b64decode',
 'standard_b64encode',
 'struct',
 'test',
 'urlsafe_b64decode',
 'urlsafe_b64encode'
 ...
'''

用途

网络传输：在网络中传输二进制数据时，往往需要将其编码为文本格式（例如 JSON 中传输二进制图像数据）。
数据存储：某些数据库或文件格式要求文本数据，因此需要将二进制数据编码为文本格式进行存储。
安全性：对于某些文本格式要求安全性较高的场景（例如 URL 中传递参数），使用 URL 安全的 Base64 编码可以避免特殊字符问题。

base64 库提供了一组简单但强大的工具，用于二进制数据和文本之间的转换，使得在处理和传输数据时更加方便和高效。

参考

https://docs.python.org/zh-cn/3/library/base64.html
https://stackabuse.com/encoding-and-decoding-base64-strings-in-python/
https://zh.wikipedia.org/wiki/Base64
https://tool.oschina.net/encrypt?type=3

< operator 标准运算符替代函数 Python 内置标准库 JSON 编码和解码器 >

更新时间：2024-07-04 19:55:46 标签：python 编码 base64