Como funciona a codificação Base64

Neste artigo

A codificação Base64 é um processo de conversão de dados binários em um formato de string ASCII, convertendo esses dados binários em uma representação de caracteres de 6 bits. O método Base64 de codificação é usado quando dados binários, como imagens ou vídeo, são transmitidos por sistemas projetados para transmitir dados em formato de texto simples (ASCII).

Por que a codificação Base64 é usada?

A necessidade de codificação Base64 vem dos problemas que ocorrem quando a mídia é transmitida em formato binário bruto para sistemas baseados em texto. Como os sistemas baseados em texto (como e-mail) interpretam os dados binários como uma ampla gama de caracteres, incluindo caracteres de comando especiais, muitos dos dados binários que são transmitidos para a mídia de transferência são mal interpretados por esses sistemas e perdidos ou corrompidos no processo de transmissão.

Wutthichai Luemuang / EyeEm / Getty Images

Um método de codificação desse tipo de dados binários de uma forma que evita tais problemas de transmissão é enviá-los como texto ASCII simples no formato codificado em Base64. Esta é uma das técnicas empregadas pelo padrão MIME para enviar dados diferentes de texto simples. Muitas linguagens de programação, como PHP e Javascript, incluem funções de codificação e decodificação Base64 para interpretar os dados transmitidos usando a codificação Base64.

Lógica de codificação Base64

A codificação Base64 divide os dados binários em segmentos de 6 bits de 3 bytes completos e os representa como caracteres imprimíveis no padrão ASCII. Ele faz isso essencialmente em duas etapas. O primeiro passo é quebrar a string binária em blocos de 6 bits. Base64 usa apenas 6 bits (correspondendo a 2 ^ 6 = 64 caracteres) para garantir que os dados codificados sejam impressos e legíveis por humanos. Nenhum dos caracteres especiais disponíveis em ASCII é usado. Os 64 caracteres (daí o nome Base64) são 10 dígitos, 26 caracteres minúsculos, 26 caracteres maiúsculos, bem como o sinal de mais (+) e a barra (/). Há também um 65º personagem conhecido como um almofada, que é o sinal de igual (=). Este caractere é usado quando o último segmento de dados binários não contém 6 bits completos.

Exemplo de codificação Base64

Por exemplo, pegue três números ASCII 155, 162 e 233. Esses três números constituem um fluxo binário de 100110111010001011101001. Um arquivo binário, como uma imagem, contém um fluxo binário rodando por dezenas ou centenas de milhares de zeros e uns. Um codificador Base64 começa dividindo o fluxo binário em agrupamentos de seis caracteres: 100110 111010 001011 101001. Cada um desses agrupamentos se traduz nos números 38, 58, 11 e 41. Um fluxo binário de seis caracteres converte entre binários (ou base- 2) para caracteres decimais (base 10), elevando ao quadrado cada valor representado por 1 na seqüência binária com seu quadrado posicional. Começando da direita e indo para a esquerda e começando com zero, os valores no fluxo binário representam 2 ^ 0, depois 2 ^ 1, 2 ^ 2, 2 ^ 3, 2 ^ 4 e 2 ^ 5. Aqui está outra maneira de ver isso. Começando da esquerda, cada posição vale 1, 2, 4, 8, 16 e 32. Se o número binário tiver 1 no slot, você adiciona esse valor; se tiver um 0 no slot, você não tem. A string binária 100110 é convertida no número decimal 38: 0 * 2 ^ 01 + 1 * 2 ^ 1 + 1 * 2 ^ 2 + 0 * 2 ^ 3 + 0 * 2 ^ 4 + 1 * 2 ^ 5 = 0 + 2 + 4 + 0 + 0 + 32. A codificação Base64 pega essa string binária e a divide nos valores de 6 bits 38, 58, 11 e 41. Finalmente, esses números são convertidos em caracteres ASCII usando a tabela de codificação Base64. Os valores de 6 bits deste exemplo traduzem para a sequência ASCII m6Lp. Usando a tabela de conversão Base64:

38 é m
58 é 6
11 é L
41 é p

Este processo de duas etapas é aplicado a toda a string binária que está codificada. Para garantir que os dados codificados possam ser impressos corretamente e não excedam o limite de comprimento de linha do servidor de e-mail, caracteres de nova linha são inseridos para manter o comprimento das linhas abaixo de 76 caracteres. Os caracteres de nova linha são codificados como todos os outros dados. Todo o propósito da codificação Base64, desde a adição de preenchimento para preservar segmentos binários de 3 bytes até a conversão de binários em texto usando a tabela Base64, é preservar a integridade das informações binárias transmitidas.

Tabela de codificação Base64

A tabela a seguir traduz todos os 64 caracteres usados na codificação Base64.

Tabela de codificação Base64
Valor	Caracteres	Valor	Caracteres	Valor	Caracteres	Valor	Caracteres
0	UMA	16	Q	32	g	48	C
1	B	17	R	33	h	49	x
2	C	18	S	34	eu	50	y
3	D	19	T	35	j	51	z
4	E	20	você	36	k	52	0
5	F	21	V	37	eu	53	1
6	G	22	C	38	m	54	2
7	H	23	X	39	n	55	3
8	eu	24	Y	40	o	56	4
9	J	25	Z	41	p	57	5
10	K	26	uma	42	q	58	6
11	eu	27	b	43	r	59	7
12	M	28	c	44	s	60	8
13	N	29	d	45	t	61	9
14	O	30	e	46	você	62	+
15	P	31	f	47	v	63	/

Resolvendo o Endgame

No final do processo de codificação, pode haver um problema. Se o tamanho dos dados originais em bytes for um múltiplo de três, tudo funcionará bem. Se não estiver, pode haver bytes vazios. Para uma codificação adequada, são necessários exatamente 3 bytes de dados binários. A solução é acrescentar bytes suficientes com um valor de 0 para criar um grupo de 3 bytes. Dois desses valores são acrescentados se os dados precisarem de um byte extra de dados, um é acrescentado para dois bytes extras. Obviamente, esses ‘0’s finais artificiais não podem ser codificados usando a tabela de codificação abaixo. Eles devem ser representados por um 65º personagem. O caractere de preenchimento Base64 é o sinal de igual (=) e é colocado no final dos dados codificados. Mais da Lifewire

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