Bạn đã bao giờ nhận được một tệp PDF hoặc tệp hình ảnh từ ai đó qua email, chỉ để xem các ký tự lạ khi bạn mở nó chưa? . Các tệp có dữ liệu nhị phân, byte đại diện cho thông tin không phải văn bản như hình ảnh, có thể dễ dàng bị hỏng khi được chuyển và xử lý sang hệ thống chỉ có văn bản
Mã hóa Base64 cho phép chúng tôi chuyển đổi byte chứa dữ liệu nhị phân hoặc văn bản thành ký tự ASCII. Bằng cách mã hóa dữ liệu của mình, chúng tôi cải thiện khả năng dữ liệu được các hệ thống khác nhau xử lý chính xác
Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách hoạt động của mã hóa và giải mã Base64 cũng như cách sử dụng nó. Sau đó, chúng tôi sẽ sử dụng Python để mã hóa Base64 và giải mã cả dữ liệu văn bản và dữ liệu nhị phân
Mã hóa Base64 là gì?
Mã hóa Base64 là một loại chuyển đổi byte thành ký tự ASCII. Trong toán học, cơ sở của một hệ thống số là có bao nhiêu ký tự khác nhau đại diện cho các số. Tên của mã hóa này xuất phát trực tiếp từ định nghĩa toán học của các cơ số - chúng tôi có 64 ký tự đại diện cho các số
Bộ ký tự Base64 chứa
- 26 chữ hoa
- 26 chữ thường
- 10 số
1 và010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
2 cho các dòng mới [một số triển khai có thể sử dụng các ký tự khác nhau]010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
Khi máy tính chuyển đổi các ký tự Base64 thành nhị phân, mỗi ký tự Base64 đại diện cho 6 bit thông tin
Ghi chú. Đây không phải là thuật toán mã hóa và không được sử dụng cho mục đích bảo mật
Bây giờ chúng ta đã biết mã hóa Base64 là gì và nó được thể hiện như thế nào trên máy tính, hãy tìm hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động của nó
Mã hóa Base64 hoạt động như thế nào?
Chúng tôi sẽ minh họa cách mã hóa Base64 hoạt động bằng cách chuyển đổi dữ liệu văn bản, vì nó tiêu chuẩn hơn các định dạng nhị phân khác nhau để lựa chọn. Nếu chúng tôi mã hóa Base64 một chuỗi, chúng tôi sẽ làm theo các bước sau
- Lấy giá trị ASCII của từng ký tự trong chuỗi
- Tính tương đương nhị phân 8 bit của các giá trị ASCII
- Chuyển đổi các khối 8 bit thành các khối 6 bit bằng cách nhóm lại các chữ số
- Chuyển đổi các nhóm nhị phân 6 bit thành giá trị thập phân tương ứng của chúng
- Sử dụng bảng mã hóa base64, gán ký tự base64 tương ứng cho từng giá trị thập phân
Hãy xem cách nó hoạt động bằng cách chuyển đổi chuỗi "Python" thành chuỗi Base64
Các giá trị ASCII của các ký tự
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
01010000 01111001 01110100 01101000 01101111 01101110
Nhớ lại rằng các ký tự Base64 chỉ đại diện cho 6 bit dữ liệu. Bây giờ chúng tôi nhóm lại các chuỗi nhị phân 8 bit thành các khối 6 bit. Nhị phân kết quả sẽ trông như thế này
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
Ghi chú. Đôi khi chúng tôi không thể nhóm dữ liệu thành các chuỗi 6 bit. Nếu điều đó xảy ra, chúng ta phải đệm trình tự
Với dữ liệu của chúng tôi trong các nhóm 6 bit, chúng tôi có thể lấy giá trị thập phân cho mỗi nhóm. Sử dụng kết quả cuối cùng của chúng tôi, chúng tôi nhận được các giá trị thập phân sau
20 7 37 52 26 6 61 46
Cuối cùng, chúng tôi sẽ chuyển đổi các số thập phân này thành ký tự Base64 thích hợp bằng cách sử dụng bảng chuyển đổi Base64
Như bạn có thể thấy, giá trị
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
Để mã hóa Base64 một chuỗi, chúng tôi chuyển đổi nó thành chuỗi nhị phân, sau đó thành chuỗi thập phân và cuối cùng, sử dụng bảng tra cứu để lấy chuỗi ký tự ASCII. Với sự hiểu biết sâu sắc hơn về cách thức hoạt động của nó, hãy xem tại sao chúng tôi mã hóa Base64 cho dữ liệu của mình
Tại sao nên sử dụng Mã hóa Base64?
Trong máy tính, tất cả dữ liệu thuộc các loại khác nhau được truyền dưới dạng 1 và 0. Tuy nhiên, một số kênh giao tiếp và ứng dụng không thể hiểu tất cả các bit mà nó nhận được. Điều này là do ý nghĩa của chuỗi các số 1 và 0 phụ thuộc vào loại dữ liệu mà nó đại diện. Ví dụ:
20 7 37 52 26 6 61 46
Để khắc phục giới hạn này, bạn có thể mã hóa dữ liệu của mình thành văn bản, cải thiện khả năng dữ liệu được truyền và xử lý chính xác. Base64 là một phương pháp phổ biến để lấy dữ liệu nhị phân thành các ký tự ASCII, được đa số các mạng và ứng dụng hiểu rộng rãi
Một tình huống phổ biến trong thế giới thực nơi mã hóa Base64 được sử dụng nhiều là trong các máy chủ thư. Ban đầu chúng được xây dựng để xử lý dữ liệu văn bản, nhưng chúng tôi cũng mong muốn chúng gửi hình ảnh và phương tiện khác cùng với tin nhắn. Trong những trường hợp đó, dữ liệu phương tiện của bạn sẽ được mã hóa Base64 khi nó được gửi. Sau đó, nó sẽ được giải mã Base64 khi nhận được để ứng dụng có thể sử dụng nó. Vì vậy, ví dụ, hình ảnh trong HTML có thể trông như thế này
Hiểu rằng dữ liệu đôi khi cần được gửi dưới dạng văn bản để dữ liệu không bị hỏng, hãy xem cách chúng ta có thể sử dụng Python để mã hóa và giải mã dữ liệu Base64
Mã hóa chuỗi bằng Python
Python 3 cung cấp một mô-đun
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
Trong một tệp mới
20 7 37 52 26 6 61 46
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
Hãy xem hướng dẫn thực hành, thực tế của chúng tôi để học Git, với các phương pháp hay nhất, tiêu chuẩn được ngành chấp nhận và bao gồm bảng gian lận. Dừng các lệnh Git trên Google và thực sự tìm hiểu nó
Trong đoạn mã trên, trước tiên chúng tôi đã nhập mô-đun
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
Ghi chú. Đảm bảo sử dụng cùng một định dạng mã hóa khi chuyển đổi từ chuỗi thành byte và từ byte thành chuỗi. Điều này ngăn ngừa tham nhũng dữ liệu
Chạy tệp này sẽ cung cấp đầu ra sau
$ python3 encoding_text.py
UHl0aG9uIGlzIGZ1bg==
Bây giờ hãy xem cách chúng ta có thể giải mã chuỗi Base64 thành biểu diễn thô của nó
Giải mã chuỗi bằng Python
Giải mã chuỗi Base64 về cơ bản là đảo ngược quá trình mã hóa. Chúng tôi giải mã chuỗi Base64 thành byte dữ liệu chưa được mã hóa. Sau đó, chúng tôi chuyển đổi đối tượng giống như byte thành một chuỗi
Trong một tệp mới có tên là
import base64
base64_message = 'UHl0aG9uIGlzIGZ1bg=='
base64_bytes = base64_message.encode['ascii']
message_bytes = base64.b64decode[base64_bytes]
message = message_bytes.decode['ascii']
print[message]
Một lần nữa, chúng ta cần nhập mô-đun
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
20 7 37 52 26 6 61 46
Chạy tệp này để xem đầu ra sau
$ python3 decoding_text.py
Python is fun
Bây giờ chúng ta có thể mã hóa và giải mã dữ liệu chuỗi, hãy thử mã hóa dữ liệu nhị phân
Mã hóa dữ liệu nhị phân bằng Python
Như chúng tôi đã đề cập trước đây, mã hóa Base64 chủ yếu được sử dụng để biểu thị dữ liệu nhị phân dưới dạng văn bản. Trong Python, chúng tôi cần đọc tệp nhị phân và Base64 mã hóa các byte của nó để chúng tôi có thể tạo chuỗi được mã hóa của nó
Hãy xem cách chúng ta có thể mã hóa hình ảnh này
Tạo một tệp mới
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
import base64
with open['logo.png', 'rb'] as binary_file:
binary_file_data = binary_file.read[]
base64_encoded_data = base64.b64encode[binary_file_data]
base64_message = base64_encoded_data.decode['utf-8']
print[base64_message]
Hãy xem lại đoạn mã trên. Chúng tôi mở tệp bằng cách sử dụng
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
Sau đó, chúng tôi sử dụng phương pháp
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
Thực thi mã sẽ tạo ra đầu ra tương tự như
$ python3 encoding_binary.py
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
Đầu ra của bạn có thể khác nhau tùy thuộc vào hình ảnh bạn đã chọn để mã hóa
Bây giờ chúng ta đã biết cách mã hóa dữ liệu nhị phân Bas64 trong Python, hãy chuyển sang phần giải mã dữ liệu nhị phân Base64
Giải mã dữ liệu nhị phân với Python
Mã nhị phân giải mã Base64 tương tự như dữ liệu văn bản giải mã Base64. Sự khác biệt chính là sau khi chúng tôi giải mã chuỗi Base64, chúng tôi lưu dữ liệu dưới dạng tệp nhị phân thay vì chuỗi
Hãy xem cách giải mã dữ liệu nhị phân Base64 trong thực tế bằng cách tạo một tệp mới có tên là
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
010100 000111 100101 110100 011010 000110 111101 101110
Trong đoạn mã trên, trước tiên chúng tôi chuyển đổi dữ liệu chuỗi Base64 của mình thành một đối tượng giống như byte có thể được giải mã. Khi bạn giải mã tệp nhị phân base64, bạn phải biết loại dữ liệu đang được giải mã. Ví dụ: dữ liệu này chỉ hợp lệ dưới dạng tệp PNG chứ không phải tệp MP3 vì nó mã hóa hình ảnh
Sau khi tệp đích được mở, chúng tôi Base64 giải mã dữ liệu bằng
$ python3 encoding_text.py
UHl0aG9uIGlzIGZ1bg==
Trong cùng một thư mục mà bạn đã thực thi
import base64
message = "Python is fun"
message_bytes = message.encode['ascii']
base64_bytes = base64.b64encode[message_bytes]
base64_message = base64_bytes.decode['ascii']
print[base64_message]
$ python3 encoding_text.py
UHl0aG9uIGlzIGZ1bg==
Phần kết luận
Mã hóa Base64 là một kỹ thuật phổ biến để chuyển đổi dữ liệu ở các định dạng nhị phân khác nhau thành một chuỗi ký tự ASCII. Điều này hữu ích khi truyền dữ liệu đến mạng hoặc ứng dụng không thể xử lý dữ liệu nhị phân thô nhưng sẽ dễ dàng xử lý văn bản