Python Base64模块的使用

Python Base64模块的使用

一、base64原理简介

base64可以理解为一种加密算法，用64个常见字符来表示8字节的二进制数字。

64个字符：'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/'

base64转换后的结果只会出现这64个字符，这也是base64名字的由来。(由于不同的应用场景，当+或/有特殊含义时，这两个字符被换成了其他字符，那属于base64的变种)。

那64个字符怎么表示8字节的二进制数字呢？

首先，上面的64个字符按顺序分别对应了十进制数字的0到63，可以理解为上面的字符串的索引。

其次，一个8位二进制数字转换为十进制后表示的是0到255。base64会物理上将3个8位(3*8=24位)的二进制数据连在一起，然后切分成4个6位(4*6=24位)的二进制数据，然后再在这4个6位二进制数据的前面都补两个0，补满8位。这样处理后的二进制数字转换为十进制后表示的是0到63。

聪明的您应该明白了，这刚好与上面的0到63个字符对应。可以参考下面的图片。

对于需要加密的内容，base64都会先将其转换为8位的二进制数据，然后进行上面的处理。

这样，我们用逆向思维，就已经搞清楚base64的原理了。

另外，base64会在数据的末尾填充等号=。一般来说，对字符串进行base64转换时，字符数量整除3不会补=，余1会补两个==，余2会补一个=。

二、base64对字符串进行转换

# coding=utf-8
import base64
import string
import randombase_str = string.ascii_letters + string.punctuation
print(base_str)
result_str = ''.join(random.choices(base_str, k=20))
print(result_str)
result = base64.encodebytes(bytes(result_str.encode('utf-8'))).decode('utf-8')
print(result)
result_back = base64.decodebytes(bytes(result.encode('utf-8'))).decode('utf-8')
print(result_back)

运行结果：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ!"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\]^_`{|}~
C{%H/>wHXk:H.Jlf<UBy
Q3slSC8+d0hYazpILkpsZjxVQnk=C{%H/>wHXk:H.Jlf<UBy

上面的代码中，我们从字符中随机选取了20个字符，用encodebytes()方法将字符串转换成了base64字符，然后用decodebytes()方法将base64转换回字符串。

在Python的base64模块中，encodebytes()与decodebytes()互为逆运算，具体用法如上面代码。

如果是在Python2中，random没有choices()方法，encodebytes()和decodebytes() 要分别换成 encodestring()和decodestring()。

# Python2
result_str = 'UVWXYZ!#$%&()*+,-./'
print(result_str)
result = base64.encodestring(bytes(result_str.encode('utf-8'))).decode('utf-8')
print(result)
result_back = base64.decodestring(bytes(result.encode('utf-8'))).decode('utf-8')
print(result_back)

运行结果：

UVWXYZ!#$%&()*+,-./
VVZXWFlaISMkJSYoKSorLC0uLw==UVWXYZ!#$%&()*+,-./

三、base64对文件中的字符串进行转换

base_str = string.ascii_letters + string.punctuation
print(base_str)
result_str = ''.join(random.choices(base_str, k=20))
print(result_str)
with open('base64.txt', 'wb') as f:f.write(bytes(result_str.encode('utf-8')))
base64.encode(open('base64.txt', 'rb'), open('base64.b64', 'wb'))
print(open("base64.b64").read())base64.decode(open('base64.b64', 'rb'), open('base64.new', 'wb'))
print(open("base64.new").read())

运行结果：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ!"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\]^_`{|}~
_iPv}x\},*mkn,IYsqD#
X2lQdn14XH0sKm1rbixJWXNxRCM=_iPv}x\},*mkn,IYsqD#

上面的代码中，我们先随机生成了一串字符，写入base64.txt中，然后用base64.encode()方法读取字符，转换成base64字符后写入base64.b64文件中。然后又用base64.decode()方法读取出base64字符，将base64字符转换回原始字符后写入base64.new文件中。

在Python的base64模块中，base64.encode()与base64.decode()互为逆运算。

代码运行后，会在当前目录下生成三个文件，分别是base64.txt, base64.b64, base64.new, 用文本方式打开，base64.txt中的字符串是转换前的字符串， base64.b64中的字符是base64字符串， base64.new中的字符串与base64.txt中一模一样。

四、base64其他方法的使用

base_str = string.ascii_letters + string.punctuation
print(base_str)
result_str = ''.join(random.choices(base_str, k=20))
print(result_str)
result = base64.b64encode(bytes(result_str.encode('utf-8'))).decode('utf-8')
print(result)
result_back = base64.b64decode(bytes(result.encode('utf-8'))).decode('utf-8')
print(result_back)

运行结果：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ!"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\]^_`{|}~
$\kFS:TkXHQkkw[GMl,k
JFxrRlM6VGtYSFFra3dbR01sLGs=
$\kFS:TkXHQkkw[GMl,k

代码还是之前的代码，只是把 encodebytes()和decodebytes() 换成了 b64encode()和b64decode()，效果也是一样的，只是encode时少了一个换行符而已。

除了b64encode()之外，base64模块中还有几对成对的方法，都是从base64延伸出来的。b32encode()和b32decode()， b16encode()和b16decode()，b85encode()和b85decode()， a85encode()和a85decode(),  standard_b64encode()和standard_b64decode(),  

urlsafe_b64encode()和urlsafe_b64decode()。

使用方法与上面的完全一样，直接用方法名换掉上面代码中的的方法名就可以运行。只是转换的原理和转换的结果不同，应用的地方也有区别，比如urlsafe_b64encode是为了避免转换时使用斜杠/，因为url中有斜杠/，会造成混淆，所以改了转换时使用的字符。感兴趣的话可以慢慢研究。