Base64

Base64 是一組相似的二進位到文字編碼系統，透過將二進位資料轉換為底數為 64，使結果表示為 ASCII 字串格式。Base64 這個術語源自於一種特定的 MIME 內容傳送編碼。

當「Base64」單獨用於指代特定的演算法時，通常指的是 RFC 4648 第 4 節中描述的 Base64 版本，它使用以下字母表來表示基數為 64 的數字，並使用 = 作為填充字元：

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

一種常見的變體是「Base64 URL 安全編碼」，它省略了填充，並將 +/ 替換為 -_，以避免在 URL 路徑段或查詢參數中可能引起問題的字元。如果資料不會放置在路徑段或查詢參數中，例如 data URL 就沒有這些限制，因此可以使用標準的 Base64 編碼。

Base64 編碼系統常用於將二進位資料進行編碼，以便在只能處理 ASCII 文字（或某種超集但仍無法接受任意二進位資料）的媒體上儲存或傳輸。這可確保資料在傳輸過程中保持完整且未被修改。Base64 的常見應用包括：

  • 透過 MIME 發送電子郵件
  • 在 XML 中儲存複雜資料
  • 將二進位資料編碼後納入 data: URL 中

編碼後的大小增長

每個 Base64 字元代表 6 個位元。因此，輸入字串或二進位檔案中的三個 8 位元位元組（3×8 位元 = 24 位元）可以由四個 6 位元的 Base64 字元（4×6 = 24 位元）表示。

這意味著 Base64 版本的字串或檔案通常會比原始來源大三分之一（確切的大小增長取決於多個因素，例如字串的絕對長度、其長度對 3 取餘數的結果，以及是否使用填充字元）。

最後一個分塊

Base64 字串可以分成 4 個字元為一組的分塊，最後一組可能少於 4 個字元。最後一組可以使用 = 字元進行填充，以確保其剛好為 4 個字元。若不考慮填充字元，最後一組可能是以下三種情況之一：

  • 2 個字元：編碼 12 位元，表示 1 個位元組（8 位元）的資料
  • 3 個字元：編碼 18 位元，表示 2 個位元組（16 位元）的資料
  • 4 個字元：編碼 24 位元，表示 3 個位元組（24 位元）的資料

在前兩種情況下，字元可能包含 4 個或 2 個額外的尾部位元，這些位元不代表任何資料。在這種情況下，RFC 4648 要求編碼器將這些位元設為零，解碼器則可以選擇在這些位元不是零時拋出錯誤。例如，如果編碼資料為單一位元組 0b01010101，則需要兩個字元 0b010101（V）和 0b010000（Q），其中第二個字元的 4 個尾部位元設為零。解碼 VR==（第二個字元表示 0b010001）在技術上仍然得到相同的位元組 0b01010101，但解碼器可能因尾部位元未設為零而拋出錯誤。

JavaScript 支援

Uint8Array 類別提供 Uint8Array.fromBase64()、Uint8Array.prototype.toBase64() 和 Uint8Array.prototype.setFromBase64() 方法，用於 Base64 字串之間的轉換。

瀏覽器還提供兩個原生 JavaScript 函數，用於解碼和編碼 Base64 字串：

  • Window.btoa()（也可在 worker 中使用）：將二進位資料字串轉換為 Base64 編碼的 ASCII 字串（「btoa」應理解為「binary to ASCII」）。
  • Window.atob()（也可在 worker 中使用）：將 Base64 編碼字串解碼為二進位字串（「atob」應理解為「ASCII to binary」）。

備註： Base64 是一種二進位編碼而非文字編碼，但 btoa 和 atob 是在 Web 平台尚未支援二進位資料類型之前加入的。因此這兩個函數使用字串來表示二進位資料，並將每個字元的碼位對應於每個位元組的數值。這導致一種常見的誤解，認為 btoa 可以用來編碼任意文字資料，例如創建包含文字或 HTML 文件的 Base64 data: URL。

然而，碼位與位元組的對應僅在 0x7f 以內可靠。此外，超過 0xff 的字元代碼點將導致 btoa 出現錯誤，因為它超出了單一位元組的最大值。下一節將說明在編碼任意 Unicode 文字時如何解決此限制。

參見