Base64
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什么是编码？
编码是将数据从一种表示形式转换为另一种的过程。在 Web 开发中，编码用于通过专为有限字符集设计的通道安全传输数据。
字符编码定义文本字符如何映射到字节。Base64 编码将二进制数据转换为 ASCII 文本。URL 编码使任意文本在 URL 中安全使用。
字符编码历史
字符编码是字符与其二进制表示之间的映射：
7 位美国标准代码。128 个字符：英文字母、数字、标点和控制码。
用于西欧语言的扩展 ASCII。添加了 128 个字符。不适合非拉丁文字。
覆盖全球所有书写系统的通用字符集。为超过 149,000 个字符定义代码点。
每字符使用 1-4 字节的可变宽度 Unicode 编码。兼容 ASCII。Web 上的主流编码，超过 98% 的网站使用。
每字符使用 2 或 4 字节的可变宽度编码。Windows、Java 和 JavaScript 字符串内部使用。
固定宽度编码：每字符始终 4 字节。Web 上很少见。
UTF-8 为何获胜
UTF-8 成为主流是因为它向后兼容 ASCII、自同步且对拉丁文本节省空间。任何 ASCII 文档都是有效的 UTF-8 文档，使迁移无缝进行。
Base64 编码
Base64 仅使用 64 个可打印的 ASCII 字符（A-Z、a-z、0-9、+、/）将二进制数据转换为文本表示。当二进制数据必须通过纯文本通道传输时，这是必要的。
工作原理
Base64 将输入字节分成 3 字节（24 位）块，将每块编码为 4 个 Base64 字符（每个 6 位）。如果输入不是 3 字节的倍数，则添加 = 填充字符：
| 输入 | 十六进制字节 | Base64 |
|---|---|---|
| "Man" | 77 61 6E | TWFu |
| "Ma" | 4D 61 | TWE= |
| "M" | 4D | TQ== |
末尾的 = 填充字符表示完成最后一个 3 字节组还缺少几个字节。标准 Base64 始终生成长度为 4 的倍数的输出。
URL 编码
URL 只能包含一组有限的安全 ASCII 字符。任何超出该集合的字符在放入 URL 之前都必须进行百分号编码（URL 编码）。
百分号编码将每个不安全的字节替换为 % 加上表示该字节值的两个十六进制数字。
常见编码字符
| 字符 | 编码后 | 备注 |
|---|---|---|
| Space | %20 | 最常见；在 application/x-www-form-urlencoded 表单提交中用 + 表示 |
| & | %26 | 查询字符串分隔符；作为字面值使用时必须编码 |
| = | %3D | 查询字符串中的键值分隔符；作为数据使用时编码 |
| + | %2B | 在 application/x-www-form-urlencoded 中解释为空格；编码以保留字面 + |
| # | %23 | 片段标识符；在路径或查询中作为字面数据使用时编码 |
| / | %2F | 路径段分隔符；作为字面数据而非路径分隔符时编码 |
| : | %3A | Scheme 分隔符；在路径和查询上下文中编码 |
| @ | %40 | 用于 mailto: 和 auth；作为字面数据使用时编码 |
encodeURI 与 encodeURIComponent
JavaScript 提供两个范围不同的编码函数。encodeURI 编码完整 URL（保留 URL 结构字符）。encodeURIComponent 编码 URL 组件——编码除 A-Z、a-z、0-9、-、_、.、~ 之外的所有字符。
Web 开发中编码的应用场景
Authorization: Basic 头以 Base64(用户名:密码) 编码凭据。这是传输便利性编码，不是安全措施。始终将 HTTPS 与 Basic Auth 一起使用。
Data URI 将文件内容直接嵌入 HTML 或 CSS：data:image/png;base64,....。内联编码图片和字体消除了 HTTP 请求，但增加了文档大小。
电子邮件为 7 位 ASCII 而设计。MIME 在传输前将二进制附件（图片、PDF）进行 Base64 编码。
JWT Token 对所有三个部分使用 Base64url 编码，使 token 对 URL 安全无需额外的百分号编码。
URL 查询字符串中的任何用户提供的数据都必须进行百分号编码。
非 ASCII 域名（如 münchen.de）使用 Punycode（xn-- 前缀）编码，以兼容 DNS 系统。
常见问题
不是。Base64 是编码，不是加密。它是没有密钥的可逆变换。永远不要将 Base64 用作安全措施。
Base64 以 3 字节为一组处理输入。如果输入不是 3 的倍数，则添加 = 填充。
Base64url 是 URL 安全的变体，将 + 替换为 -，将 / 替换为 _，通常省略 = 填充。JWT 使用 Base64url。
对单个值使用 encodeURIComponent。对要保留 URL 结构字符的完整 URL 字符串使用 encodeURI。
UTF-8 与 ASCII 兼容，对拉丁文本节省空间。HTTP 和 HTML 默认使用 UTF-8。
百分号编码将字符表示为 % 加两位十六进制字节值。例如，空格是 %20。
Base64 使数据大小增加约 33% 并增加 CPU 开销。URL 编码的开销很小。
Punycode 是在 ASCII 兼容的 DNS 系统中表示 Unicode 字符的编码。如 münchen.de 在 DNS 查询中编码为 xn--mnchen-3ya.de。