Base64 ist ein Verfahren zur Kodierung von 8-Bit-Binärdaten (z. B. ausführbare Programme, ZIP-Dateien oder Bilder) in eine Zeichenfolge, die nur aus lesbaren ASCII-Zeichen besteht.
Es findet im Internet-Standard Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Anwendung und wird dort zum Versenden von E-Mail-Anhängen verwendet. Nötig ist dies, um den problemlosen Transport von beliebigen Binärdaten zu gewährleisten, da SMTP in seiner ursprünglichen Fassung nur für den Versand von 7-Bit-ASCII-Zeichen ausgelegt war. Durch die Kodierung steigt der Platzbedarf des Datenstroms um 33–36 % (33 % durch die Kodierung selbst, bis zu weitere 3 % durch die im kodierten Datenstrom eingefügten Zeilenumbrüche). Base64 wird zum Beispiel auch zur Kodierung von Benutzernamen und Passwort in der HTTP-Basisauthentifizierung und zur Übertragung von SSH-Server-Zertifikaten verwendet.
Vorgehen bei der Kodierung Zur Kodierung werden die Zeichen A–Z, a–z, 0–9, + und / verwendet sowie = am Ende. Da diese Zeichen auch im Extended Binary Coded Decimals Interchange Code (EBCDIC) vorkommen (wenn auch an anderen Codepositionen), ist ein verlustfreier Datenaustausch zwischen diesen Plattformen gesichert.
Kodierung von Base64
Zur Kodierung werden jeweils drei Byte des Bytestroms (= 24 Bit) in vier 6-Bit-Blöcke aufgeteilt. Jeder dieser 6-Bit-Blöcke bildet eine Zahl von 0 bis 63. Diese Zahlen werden anhand der nachfolgenden Umsetzungstabelle in „druckbare ASCII-Zeichen“ umgewandelt und ausgegeben. Der Name des Algorithmus erklärt sich durch ebendiesen Umstand – jedem Zeichen des kodierten Datenstroms lässt sich eine Zahl von 0 bis 63 zuordnen (siehe Tabelle). Mathematisch betrachtet gleicht dies einem Stellenwertsystem der Basis 64.
Padding Falls die Gesamtanzahl der Eingabebytes nicht durch drei teilbar ist, beinhaltet der letzte Eingabeblock weniger als 24 Bits. In diesem Fall ist ein Padding der Eingabedaten erforderlich. An den Eingabeblock werden Nullbits angehängt, bis die Länge durch 6 teilbar ist. Anschließend wird die Ausgabe mit einem oder zwei = Zeichen aufgefüllt. Wenn der Eingabeblock 8 Bit lang ist, werden 4 Nullbits angehängt und zwei = Zeichen ausgegeben. Wenn der Eingabeblock 16 Bit lang ist, werden 2 Nullbits angehängt und ein = Zeichen ausgegeben.
+ Beispiel: Padding Eingabebytes (Hex) Anzahl Bits aufgefüllt auf durch 6 teilbare Bitzahl (Binärdarstellung, Senkrechtstrich trennt Padding-Bits) Base64 (ohne Ausgabe-Padding) Base64 (mit Ausgabe-Padding) 00 8 000000 00|0000 AA AA== 00 00 16 000000 000000 0000|00 AAA AAA= 00 00 00 24 000000 000000 000000 000000 AAAA AAAA FF 8 111111 11|0000 /w /w==FF FF 16 111111 111111 1111|00 //8 //8= FF FF FF 24 111111 111111 111111 111111 //// ////
Da sich die Anzahl der ursprünglichen Bytes immer eindeutig aus der Anzahl der Base64-Eingabe-Zeichen ermitteln lässt, wird in manchen Kontexten und Protokollen kein Padding verwendet (abweichend von der ursprünglichen Base64-Definition).
Platzbedarf Bei einer zu kodierenden Eingabe mit Byte beträgt der Platzbedarf für den Base64-kodierten Inhalt (ohne Zeilenumbrüche) Zeichen. (Die Klammern um den Bruch stehen für die aufrundende Ganzzahldivision.)
In der Darstellung von sehr langen Base64-Strings werden diese oftmals (zum Beispiel nach jeweils 64 Zeichen) umbrochen, also ein Zeilenumbruch eingefügt. Solche Zeilenumbrüche sind für die Dekodierung nicht von Belang und werden ignoriert.
Base64-Zeichensatz Wert Zeichen Wert Zeichen Wert Zeichen Wert Zeichen dez. binär hex. dez. binär hex. dez. binär hex. dez. binär hex. 0 00000000 A 16 01000010 Q 32 10000020 g 48 11000030 w 1 00000101 B 17 01000111 R 33 10000121 h 49 11000131 x 2 00001002 C 18 01001012 S 34 10001022 i 50 11001032 y 3 00001103 D 19 01001113 T 35 10001123 j 51 11001133 z 4 00010004 E 20 01010014 U 36 10010024 k 52 11010034 0 5 00010105 F 21 01010115 V 37 10010125 l 53 11010135 1 6 00011006 G 22 01011016 W 38 10011026 m 54 11011036 2 7 00011107 H 23 01011117 X 39 10011127 n 55 11011137 3 8 00100008 I 24 01100018 Y 40 10100028 o 56 11100038 4 9 00100109 J 25 01100119 Z 41 10100129 p 57 11100139 5 10 0010100A K 26 0110101A a 42 1010102A q 58 1110103A 6 11 0010110B L 27 0110111B b 43 1010112B r 59 1110113B 7 12 0011000C M 28 0111001C c 44 1011002C s 60 1111003C 8 13 0011010D N 29 0111011D d 45 1011012D t 61 1111013D 9 14 0011100E O 30 0111101E e 46 1011102E u 62 1111103E + 15 0011110F P 31 0111111F f 47 1011112F v 63 1111113F /
Base64url In Dateinamen und URLs können die Zeichen +, / und = nicht verwendet werden, da sie dort für besondere Funktionen reserviert sind. In einem solchen Fall wird mit base64url eine inkompatible Abwandlung beschrieben. Die Zeichen + und / werden dann durch - (Minus, ASCII 2Dhex) und _ (Unterstrich, ASCII 5Fhex) ersetzt. Das Füllzeichen = am Ende wird prozentkodiert zu %3d, kann aber entfallen, wenn die Länge des Strings bekannt ist.
Javascript-Funktionen In Javascript gibt es die Funktionen atob() und btoa(), beschrieben in HTML5 draft specification. btoa() konvertiert beliebige Zeichen aus dem Bereich 0..255 in Base64-Code und fügt ggf. die Füllzeichen ein atob() konvertiert Base64-Code zu beliebigen Zeichen. Die Eingabe der Füllzeichen ist hier optional. Als Beispiel die Kodierung des Dateianfangs einer GIF-Datei: btoa("GIF89a") ↦ "R0lGODlh".
Beispiele Polyfon zwitschernd aßen Mäxchens Vögel Rüben, Joghurt und Quark
Dieser 64 Zeichen lange Text wäre in UTF-8-Kodierung 68 Byte lang, da in UTF-8 das Eszett und die Umlaute jeweils eine Länge von zwei Bytes haben. Mit der Umwandlung zu Base64 wird daraus eine 92 Zeichen lange Base64-Zeichenkette:
UG9seWZvbiB6d2l0c2NoZXJuZCBhw59lbiBNw6R4Y2hlbnMgVsO2Z2VsIFLDvGJl biwgSm9naHVydCB1bmQgUXVhcms=
Erkennbar ist hierbei, dass Base64 eine für Menschen nicht lesbare Kodierung erstellt. Dieser Umstand ist jedoch nicht als wirksame Verschlüsselung anzusehen, da der Datenstrom der Eingabe sehr leicht aus der Zeichenfolge am Ausgang zurückgewonnen werden kann, sobald diese als Base64-kodiert erkannt ist.
+ Umwandlung der Zeichen „Pol“ in Base64 Phase Daten Anmerkungen Ursprungstext Pol Unicode-Zeichen U+0050U+006FU+006C gemäß Unicodeblock Basis-Lateinisch Bytes 0x500x6F0x6C gemäß UTF-8 Binärschreibweise 0101 00000110 11110110 1100 siehe Hexadezimalsystem Gruppierung in 6er-Blöcken 010100000110111101101100 jeder 6er-Block entspricht einem Base64-Zeichen Codierung als Base64-ZeichenUG9s gemäß der Tabelle oben von „binär“ nach „Zeichen“ Ohne Leerzeichen UG9s
Radix-64 Das OpenPGP-Datenformat definiert eine Variante von Base64, die ASCII Armor genannt wird. Diese besteht aus genormten Kopf- und Fußzeilen, welche zum einen den Anfang und das Ende der Daten anzeigen, zum anderen einen Hinweis für den menschlichen Leser geben, welche Art von Daten kodiert ist und mit welchem Programm die Daten erzeugt worden sind.
An die Base64-kodierten Daten wird eine Prüfsumme (CRC-24) angehängt; dieses leicht modifizierte Verfahren trägt den Namen Radix-64.
-----BEGIN PGP MESSAGE----- Version: GnuPG v1.4.10 (GNU/Linux)
y0piAGcFr3BQb2x5Zm9uIHp3aXRzY2hlcm5kIGHDn2VuIE3DpHhjaGVucyBWw7Zn ZWwgUsO8YmVuLCBKb2dodXJ0IHVuZCBRdWFyaw== =L3gC -----END PGP MESSAGE-----
Der Base64-Teil in diesem Beispiel beginnt mit y0pi… und endet mit …yaw==. Anschließend folgt ein Zeilenumbruch, ein Gleichheitszeichen und die Base64-kodierte CRC-24-Prüfsumme über die Original-Nachricht (also vor der Base64-Kodierung).
Siehe auch Quoted-Printable-Kodierung UUencode Base32 Base85
Normen und Standards
Weblinks Base64-Codierung/Decodierung online. base64decode.org
Einzelnachweise
Kategorie:Zeichenkodierung Kategorie:Multipurpose Internet Mail Extensions Kategorie:Zahlensystem