4883

Кодирование данных. Алгоритм Base64

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Кодирование данных. Алгоритм Base64. Под кодом понимают определенную систему условных обозначений или сигналов, а процесс кодирования – это переход от одной формы представления информации к другой. При этом целью кодирования, как правило,...

Русский

2012-11-28

41.5 KB

53 чел.

Кодирование данных. Алгоритм Base64.

Под кодом понимают определенную систему условных обозначений или сигналов, а процесс кодирования – это переход от одной формы представления информации к другой.  При этом целью кодирования, как правило, является обеспечение каких-либо преимуществ при хранении, обработке или передаче информации. В качестве примера кодирования информации можно рассмотреть широко известную азбуку Морзе, в которой каждой букве алфавита поставлен в соответствие набор элементарных сигналов «точка» и «тире» . Другим примером является представление числовых данных в различных системах счисления. В данном случае информацией являются числа, а кодом – их запись в соответствии с набором цифр (алфавитом) и правилами конкретной системы счисления.

Кодирование Base64 исторически возникло в ответ на ограничения широко используемого стандарта передачи электронной почты, который был ориентирован на передачу только текстовых данных. Со временем, появилась необходимость пересылать в электронной почте нетекстовую информацию: изображения, аудио, видео и т.д. Однако, осуществить переход на новый почтовый стандарт было бы затруднительно, посколько существовало множество самых разных независимых реализаций текстового стандарта. В связи с этим, было предложено кодировать произвольные данные в виде текста.

 Поскольку общее количество стандартных печатных знаков (26 строчных букв + 26 прописных + 10 цифр + небольшое количество знаков пунктуации и спец. символов) гораздо меньше диапазона значений произвольного байта данных (0~255), в основе алгоритма Base64 лежит преобразование 8-битной последовательности в последовательность элементов меньшей разрядности. С практической точки зрения наиболее удобно выбрать разрядность элементов выходной последовательности так, чтобы использовалось максимально возможное количество допустимых печатных знаков. Дополнив множество букв и цифр (всего 62 элемента) двумя произвольными знаками пунктуации (обычно ‘+’ и ‘/’), получим удобный код, каждому символу которого можно однозначно поставить в соответствие 6-битное двоичное число (26=64).

В итоге, получаем эффективный алгоритм кодирования: входная последовательность 8-битных данных разбивается на блоки по 3 байта (24 бит), каждый блок разбивается на 4 6-битных элемента (24/6 =4). Далее каждому 6-битному элементу ставится в соответствие один из печатных кодовых символов. В итоге получается последовательность печатных символов, допустимая для передачи по текстовому каналу. При нехватке входных данных для формирования 3-байтного блока, поступают следующим образом: при недостатке одного байта, выходной блок дополняют специальным символом, не входящим в основной кодовый алфавит (обычно ‘=’), при нехватке двух байтов – двумя такими символами.

При раскодировании выполняется обратная процедура – кодовая последовательность «нарезается» на блоки по 4 символа, далее каждому из них ставится в соответствие 6-битное значение и полученная 24-битная строка «нарезается» на блоки по 8 бит.

// Таблица символов кодировки Base64

char B64TABLE[65] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

const int UNKNOWN_SYMBOL = 100; // При обнаружении недопустимого символа

// Функция кодирует 3 входных байта в 4 выходных

void B64Encode(unsigned char in[3], int len, unsigned char out[4])

{

out[0] = B64TABLE[in[0] >> 2];

out[1] = B64TABLE[((in[0] & 0x03) << 4) | (in[1] >> 4)];

out[2] = B64TABLE[((in[1] & 0x0F) << 2) | (in[2] >> 6)];

out[3] = B64TABLE[in[2] & 0x3F];

 // Если на вход поступило меньше 3х "достоверных" байтов,

 // дополняем выходную последовательность спец. символами '='

 if (len <= 2)

 out[3] = '=';

 if (len == 1)

 out[2] = '=';

}

// Получить индекс символа в таблице B64TABLE

unsigned int getB64Index(unsigned char c)

{

 for (int i=0; i<64; i++)

 if (c == B64TABLE[i])

  return i;

 

 return UNKNOWN_SYMBOL; // Если символ в таблице не найден

}

// Обратное преобразование - 4 входных байта, закодированных

// в Base64, раскодируем в 3 исходных байта, и возвращаем

// количество "достоверных" раскодированных символов

int B64Decode(unsigned char in[4], unsigned char out[3])

{

 for ( int i = 0; i < 4; i++ )

 in[i] = getB64Index( in[i] );

out[0] = ( in[0] << 2 ) | ( ( in[1] & 0x30 ) >> 4 );

out[1] = ( in[1] << 4 ) | ( ( in[2] & 0x3C ) >> 2 );

out[2] = ( in[2] << 6 ) | in[3];

 int len = 3;

 if ( in[2] == UNKNOWN_SYMBOL ) //Символ не найден в таблице ('=')

 len--;

 if ( in[3] == UNKNOWN_SYMBOL )

 len--;

 return len;

}

void main()

{

 char test[] = "Some textx";

 char encoded[100];  // Сюда поместим закодированную последовательность

 

 std::cout << "Original string: "<< test << std::endl;

   // Кодирование

 int j = 0;

 for ( int i = 0; i < strlen( test ); )

 {

 int len = 1;

 unsigned char in[3]; // Временная последовательность для кодирования (буфер)

 

 // Копируем 3 очередных символа из исходной строки в буфер

 in[0] = test[i++];

 if (i<strlen(test))

 {

  in[1] = test[i++];

  len++;

 }

 if (i<strlen(test))

 {

  in[2] = test[i++];

  len++;

 }

 

 unsigned char out[4]; // Буфер для закодированных байтов

 B64Encode(in, len, out);

 // Копируем закодированные байты в результирующую строку

 encoded[j++] = out[0];

 encoded[j++] = out[1];

 encoded[j++] = out[2];

 encoded[j++] = out[3];

 }

 encoded[j] = '\0'; // Добавляем "конец строки" (для вывода на экран)

   // Декодирование

 char decoded[100]; // Сюда поместим раскодированную последовательность

 

 j=0;

 for ( int i = 0; i < strlen( encoded ); )

{

 unsigned char in[4];

 for ( int k = 0; k < 4; k++ )

  in[k] = encoded[ i++ ];

 

 unsigned char out[3];

 int len = B64Decode(in, out);

 for ( int k = 0; k < len; k++ )

  decoded[ j++ ] = out[k];

}

decoded[j] = '\0';

std::cout << "Encoded string: " << encoded << std::endl;

std::cout << "Decoded string: " << decoded << std::endl;

system("pause");

}


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8345. Пенсионное страхование в Китае 25.05 KB
  История развития пенсионного страхования. Пенсионное страхование в Китае возникло и развивалось вместе с промышленной революцией и крупным общественным производством после распада традиционного сельскохозяйственного общества. После провозглашения Ки...
8346. Китайская народная республика 1.97 MB
  Выдвигается в мировые экономические и политические лидеры. Пять принципов мирного сосуществования – в конституции страны. Хунвейбины и Цзаофани громили учебные заведения и университеты. Публичные казни представителей интеллигенции и перевоспитание.
8347. Джентльменский набор костолома или компоненты традиционного обучения боевым искусствам в Китае 217.5 KB
  Джентльменский набор костолома или компоненты традиционного обучения боевым искусствам в Китае. Очень часто можно услышать про разные стили, что в одном только удары, и нет бросков, в другом - нет техники ударов ногами, еще где-то не используют захв...
8348. Экономика Китайской Народной Республики 31 KB
  Экономика Китайской Народной Республики Экономика Китайской Народной Республики - 2-я экономика мира по объёму ВВП (на 2010 год). При оценке ВВП страны необходимо учитывать, что данные за прошлые годы регулярно пересматриваются в сторону пов...
8349. Феодальный Китай под властью цинской монархии 96.45 KB
  Феодальный Китай под властью цинской монархии План. Крестьянская война XVII в. Захватнические войны Цинов. Первая опиумная война. Крестьянская...
8350. Фразеология китайского языка 86 KB
  Классификация фразеологизмов. В соответствии со своими дифференциальными признаками (лексико-семантическими и грамматическими), а также особенностями функционирования или способами существования в речевой цепи, фразеологизмы подразделяют на соответс...
8351. Маньчжуры и династия Цин в Китае 55.5 KB
  Маньчжуры и династия Цин в Китае За полтора века затянувшейся политической борьбы в верхах за необходимые стране реформы процесс разорения крестьян достиг крайней степени. Снова оживилась деятельность тайных обществ типа Белого лотоса. Год от года...
8352. Китайские игры. Го в Древнем Китае 68 KB
  Го в Древнем Китае Содержание: 1. Введение. 2. Легенды о мудрых королях и гадания. 3. Го и война. 4. Го в классике. 5. Сумбур в Хань- и Вей-времена. 6. Литература. 1. ВВЕДЕНИЕ Китайской игре Вей-чи (Weichi,Weiqi), более известной у нас под ее...
8353. Main trends in the government’s policy on internationalization 71 KB
  Main trends in the governments policy on internationalization Internationalization of higher education is a reality. The Russian higher educational institutions have at their disposal much less funds than universities in the developed co...