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

47 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

66183. Лабораторная диагностика аденовирусных инфекций 77 KB
  На модели аденовирусов изучают важные молекулярно-биологические факторы. Немного позже у лиц с заболеваниями верхних дыхательных путей сопровождающихся конъюнктивитами были выделены другие типы аденовирусов. Диаметр вирионов аденовирусов 6090 нм они содержат двунитчатую...
66185. Пайка проводів 147.5 KB
  Припої повинні мати гарну рідинотекучість малий інтервал температур кристалізації механічну міцність корозійну стійкість і високу електропровідність Однак існує ряд факторів що утрудняють процес пайки. Припої підрозділяють на м'які і тверді таблиця.
66186. Розробка структури служби експлуатації електрообладнання і засобів автоматизації 166.5 KB
  Кожне електрогосподарство представляє собою велику кількість різноманітного електроустаткування, електроустановок, ліній електропередач, трансформаторних підстанцій, КТП, апаратури керування, захисту, силова і освітлювальна проводка.
66187. Лабораторная диагностика энтеровирусных инфекций 88.5 KB
  Цель: Изучение лабораторной диагностики полиомиелита и инфекций вызванных вирусами Коксаки и ЕСНО. Представителями рода являются вирусы полиомиелита Коксаки ECHO энтеровирусы типов 6871. Широко распространено носительство вирусов полиомиелита Коксаки ECHO.
66188. Монтаж люмінесцентних світильників 67.5 KB
  Люмінесцентні лампи відносяться до групи газорозрядних джерел світла. Всередину вводиться дозовану кількість ртуті яка при роботі лампи переходить в пароподібний стан. На кінцях лампи є цоколі з контактними штирями 1 для підключення лампи в ланцюг.
66189. Планування робіт з технічного обслуговування і поточного ремонту електрообладнання 82 KB
  Планування ТО і ПР енергетичного обладнання здійснюється по нормативним значенням періодичності і трудомісткості цих заходів з планування умов експлуатації, що складаються в сільськогосподарському підприємстві.
66190. Лабораторная диагностика бешенства 86 KB
  Бешенство (синонимы: rabies, lyssa, hydrophobia - водобоязнь) – особо опасная инфекционная болезнь человека и теплокровных животных, передающаяся при контакте с инфицированным животным (укус, ослюнение микроповреждений)...
66191. Монтаж магнітного пускача 88.5 KB
  Пускач електромагнітний (магнітний пускач) - це низьковольтний електромагнітний (електромеханічний) комбінований пристрій розподілу та управління, призначений для пуску і розгону електродвигуна до номінальної швидкості, забезпечення його безперервної роботи, відключення живлення...