Base64编解码

1、应用目的

在计算机中任何数据都是按ascii码存储的，而ascii码的128～255之间的值是不可见字符。将数据先做一个Base64编码，统统变成可见字符，在多设备数据传输的过程中，可以降低数据出错的可能性。

2、解决问题

• 使用Base64可以解决客户端与服务器数据传输中文本乱码问题
• 解决编解码过程中，由于传输数据过程中数据转化为二进制导致文本数据长度改变，导致签名过程中RSA_verify函数出现段错误。

               const unsigned char *sigbuf, unsigned int siglen, RSA *rsa);

3、算法原理

• 把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24）
  • 假设有一个字符串, 需要对这个字符串分组, 每3个字节为一组, 分成N组
  • 将每一组的3个字节拆分, 拆成4个字节, 每个字节有6bit
• 在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式
  • 每个组就从3个字节变成了4个字节
  • 结论: base64编码之后的字符串变大了,
• 如果剩下的字符不足3个字节，则用0填充，输出字符使用’=’，因此编码后输出的文本末尾可能会出现1或2个’=’, 表示补了多少字节，解码的时候，会自动去掉。

4、openssl 中base64的使用

OpenSSL中文手册之BIO库详解: https://blog.csdn.net/liao20081228/article/details/77193729

// 创建BIO对象
BIO *BIO_new(const BIO_METHOD *type);
// 封装了base64编码方法的BIO,写的时候进行编码，读的时候解码
BIO_METHOD* BIO_f_base64();
// 封装了内存操作的BIO接口，包括了对内存的读写操作
BIO_METHOD* BIO_s_mem();

// 创建一个内存型的BIO对象
// BIO * bio = BIO_new(BIO_s_mem());
BIO *BIO_new_mem_buf(void *buf, int len);
// 创建一个磁盘文件操作的BIO对象
BIO* BIO_new_file(const char* filename, const char* mode);

// 从BIO接口中读出len字节的数据到buf中。
// 成功就返回真正读出的数据的长度，失败返回0或－1，如果该BIO没有实现本函数则返回－2。
int BIO_read(BIO *b, void *buf, int len);
	- buf: 存储数据的缓冲区地址
	- len: buf的最大容量
// 往BIO中写入长度为len的数据。
// 成功返回真正写入的数据的长度，失败返回0或－1，如果该BIO没有实现本函数则返回－2。
int BIO_write(BIO *b, const void *buf, int len);
	- buf: 要写入的数据, 写入到b对应的设备(内存/磁盘文件)中
	- len: 要写入的数据的长度
// 将BIO内部缓冲区的数据都写出去, 成功: 1, 失败: 0或-1
int BIO_flush(BIO *b);
	- 在使用BIO_write()进行写操作的时候, 数据有时候在openssl提供的缓存中
	- 将openssl提供的缓存中的数据刷到设备(内存/磁盘文件)中

// 把参数中名为append的BIO附加到名为b的BIO上，并返回b
// 连接两个bio对象到链表中
// 在链表中的关系: b->append
BIO * BIO_push(BIO *b, BIO *append);
	- b: 要插入到链表中的头结点
	- append: 头结点的后继
// 把名为b的BIO从一个BIO链中移除并返回下一个BIO，如果没有下一个BIO，那么就返回NULL。
BIO * BIO_pop(BIO *b);

typedef struct buf_mem_st BUF_MEM;
struct buf_mem_st {
    size_t length;              /* current number of bytes */
    char *data;
    size_t max;                 /* size of buffer */
    unsigned long flags;
};
// 该函数也是一个宏定义函数，它将b底层的BUF_MEM结构放在指针pp中。
BUF_MEM* ptr;
long BIO_get_mem_ptr(BIO *b, BUF_MEM **pp);
// 释放整个bio链
void BIO_free_all(BIO *a);

BIO内部维护了一条双向链表，这使得构造好一个BIO链表之后，具体的业务操作会变的非常方便，整个BIO链会自动将数据进行指定操作的系列处理。

下图描述了一条读写的BIO链。

5、 BIO链的写操作

char* data = "hello, world";
// 创建base64编码的bio对象
BIO* b64 = BIO_new(BIO_f_base64());
// 最终在内存中得到一个base64编码之后的字符串
BIO* mem = BIO_new(BIO_s_mem());
// 将两个bio对象串联, 结构: b64->mem
BIO_push(b64, mem);
// 将要编码的数据写入到bio对象中
BIO_write(b64, data, strlen(data)+1);
// 将数据从bio对象对应的内存中取出 -> char*
BUF_MEM* ptr;
// 数据通过ptr指针传出
long BIO_get_mem_ptr(b64, &ptr);
char* buf = new char[ptr->length];
memcpy(buf, ptr->data, ptr->length);
printf("编码之后的数据: %sn", buf);

6、 BIO链的读操作

// 要解码的数据
char* data = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx";
// 创建base64解码的bio对象
BIO* b64 = BIO_new(BIO_f_base64());
#if 0
// 存储要解码的数据
BIO* mem = BIO_new(BIO_s_mem());
// 将数据写入到mem对应的内存中
BIO_write(mem, data, strlen(data));
#else
BIO *mem = BIO_new_mem_buf(data, strlen(data));
#endif
 
// 组织bio链
BIO_push(b64, mem);
// 读数据
char buf[1024];
int BIO_read(b64, buf, 1024);
printf("base64解码的数据: %sn", buf);

7、总结

• Base64编解码可以有效的降低数据传输中出错的可能性
• Base64编解码可以解决数据传输过程中，数据长度发生变化，导致Openssl库中的接口API报错的情况（作为函数参数传递）。
• BIO内部维护了一条双向链表，构造好一套BIO链之后，指定头节点后，BIO链会自动将数据进行指定操作的系列处理。
• 封装Base64思想编解码（待续）。

最后

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