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

41 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

80603. Домашні обереги 45.5 KB
  Розвивати увагу зв’язне мовлення; виховувати любов і шану до українських традицій до батьків до хліба. Обладнання: святково прибраний клас вишиті рушники хліб і сіль пиріжки вислови про хліб ноутбук. Але слово виспіване мамаю в колисковій повертає до рідного дому якого не можна зрадити як не можна зрадити...
80604. Добавление в случае нескольких слагаемых 80 KB
  Цель: ознакомить учащихся с разными способами вычисления значений выражений в случае нескольких слагаемых; формировать навыки устного счёта; закрепить умение письменного сложения многозначных чисел; совершенствовать умение решать составные задачи; развивать внимание, логическое мышление...
80605. Ми разом. We are Together 41 KB
  I am glad to see you, too! Thank you, sit down. The topic of our lesson is We are Together. Today we are going to remember and repeat everything we know and I’ll represent you English ABC. Тема нашого уроку «Ми разом».
80606. Закрепление вычислительных приёмов сложения и вычитания чисел в пределах 1000. Составление формулы здоровья 53 KB
  Цель: закрепить изученные приёмы сложения и вычитания трёхзначных чисел в пределах 1000 умение решать составные задачи простые и составные уравнения; развивать логическое мышление внимание; заботиться и оберегать своё здоровье.
80607. Поняття про числівник як частину мови 42.5 KB
  Консультанти знайомлять учнів з темами підготовленими вдома група: Кількісні числівники. група: Порядкові числівники. група: Прості і складні числівники. З якою частиною мови ми познайомилися Що означає числівник На які питання відповідає Які бувають числівники...
80608. Вправи на доцільне використання прикметників у мовленні. Спостереження за формами прикметників найвищого ступеня (без терміна, практично) 58 KB
  Мета: Ключові компетентності: формувати компетентність вміння вчитися організовувати своє робоче місце орієнтуватися в часі та берегти його доводити роботу до кінця; соціальну компетентність продуктивно співпрацювати з різними партнерами в групі підтримувати та керувати власними взаєминами з іншими.
80609. Порівняння числа та значення числового виразу. Складання задач за малюнками. Рівності 45 KB
  Обладнання: картки-підказки завдання від діда Цифроїда картка до ігор Цифри поховались Віночок Склади картинку бджілки маски Зайчика й Лисички. Лиска ця розумна дуже Додає все віднімає Знає лінії множини І задачі всі рішає Коли зробим всі завдання Частування поверне.віддає великий конверт вчителю...
80610. Слова, які звучать і пишуться однаково 39.5 KB
  Мета: ознайомити дітей з омонімами (без уживання терміну); вчити вдумливо сприймати мовлене і записане слово; розвивати інтерес до мови, до лексичних знань слів. Хід уроку Організація класу Перевірка домашнього завдання. Яке слово, що має багато значень є в вірші Що за коса?
80611. Літературні казки 37.5 KB
  Мета: Формувати компетентність вміння вчитися. Загальнокультурну компетентність Соціальну компетентність Предметні компетентності Практично ознайомити учнів з новим автором літературних казок – Василем Чухлібом та його творами Спонукати дітей пильніше оглядати світ навколо себе...