Base64编码原理

Base64将二进制数据转换为由64个字符组成的文本序列，包含：A-Z、a-z、0-9、+、/。每个字符对应6位二进制值，3字节原始数据（24位）可转换为4个Base64字符。

编码过程示例

以字符串"123"为例：字符ASCII值转为二进制（00110001 00110010 00110011），分割为6位组：

• 001100 → 12 → 'M'
• 010011 → 19 → 'T'
• 001000 → 8 → 'I'
• 110011 → 51 → 'z'

结果：MTIz。当字节数非3倍数时需补位：

• 1字节剩余：补4个0，结果末尾加"=="（如"4" → "NA=="）
• 2字节剩余：补2个0，结果末尾加"="（如"12" → "MTI="）

解码过程

根据末尾等号数量判断补位情况：

• 无等号：4字符直接转为3字节
• 一个=：最后3字符转2字节（右移2位）
• 两个==：最后2字符转1字节（右移4位）

PHP实现代码

字符与数值转换

function convertToBase64Char($value) {
    if ($value < 26) return chr(65 + $value);
    if ($value < 52) return chr(71 + $value);
    if ($value < 62) return chr($value - 4);
    return $value == 62 ? '+' : '/';
}

function convertFromBase64Char($byte) {
    if ($byte < 91) return $byte - 65;
    if ($byte < 123) return $byte - 71;
    if ($byte < 127) return $byte + 4;
    return $byte == 43 ? 62 : 63;
}

编码函数

function base64Encode($input) {
    $length = strlen($input);
    $blocks = intdiv($length, 3);
    $remainder = $length % 3;
    $output = '';
    
    for ($i = 0; $i < $blocks; $i++) {
        $offset = $i * 3;
        $triplet = (ord($input[$offset]) << 16) 
                 | (ord($input[$offset+1]) << 8) 
                 | ord($input[$offset+2]);
        
        $output .= convertToBase64Char($triplet >> 18);
        $output .= convertToBase64Char(($triplet >> 12) & 63);
        $output .= convertToBase64Char(($triplet >> 6) & 63);
        $output .= convertToBase64Char($triplet & 63);
    }
    
    if ($remainder == 1) {
        $lastByte = ord($input[$blocks*3]) << 4;
        $output .= convertToBase64Char($lastByte >> 6);
        $output .= convertToBase64Char($lastByte & 63) . '==';
    } elseif ($remainder == 2) {
        $lastTwo = (ord($input[$blocks*3]) << 8) | ord($input[$blocks*3+1]);
        $lastTwo <<= 2;
        $output .= convertToBase64Char($lastTwo >> 12);
        $output .= convertToBase64Char(($lastTwo >> 6) & 63);
        $output .= convertToBase64Char($lastTwo & 63) . '=';
    }
    return $output;
}

解码函数

function base64Decode($encoded) {
    $len = strlen($encoded);
    $padCount = 0;
    if ($len > 1 && $encoded[$len-1] == '=') $padCount++;
    if ($len > 2 && $encoded[$len-2] == '=') $padCount++;
    
    $mainPart = substr($encoded, 0, $len - ($padCount ? 4 : 0));
    $output = '';
    $blockCount = strlen($mainPart) / 4;
    
    for ($i = 0; $i < $blockCount; $i++) {
        $offset = $i * 4;
        $quad = (convertFromBase64Char(ord($mainPart[$offset])) << 18)
              | (convertFromBase64Char(ord($mainPart[$offset+1])) << 12)
              | (convertFromBase64Char(ord($mainPart[$offset+2])) << 6)
              | convertFromBase64Char(ord($mainPart[$offset+3]));
        
        $output .= chr($quad >> 16);
        $output .= chr(($quad >> 8) & 255);
        $output .= chr($quad & 255);
    }
    
    if ($padCount == 1) {
        $lastBlock = substr($encoded, -4);
        $value = (convertFromBase64Char(ord($lastBlock[0])) << 6)
               | convertFromBase64Char(ord($lastBlock[1]));
        $output .= chr($value >> 4);
    } elseif ($padCount == 2) {
        $lastBlock = substr($encoded, -4);
        $value = (convertFromBase64Char(ord($lastBlock[0])) << 12)
               | (convertFromBase64Char(ord($lastBlock[1])) << 6)
               | convertFromBase64Char(ord($lastBlock[2]));
        $output .= chr($value >> 10);
        $output .= chr(($value >> 2) & 255);
    }
    return $output;
}