Base64エンコーディングのしくみ

インターネットが情報のハイウェイである場合、電子メールの経路は狭い渓谷です。非常に小さなカートだけが通ることができます。

電子メールの転送システムは、単純なASCIIテキスト用に設計されています。他の言語や任意のファイルでテキストを送信しようとするのは、トラックを渓谷に通すようなものです。

ビッグトラックは渓谷をどのように通過するのですか？

それでは、小さな渓谷に大きなトラックをどのように送りますか？あなたは片方の端に小片を持って行き、小片を渓谷に運び、反対側の小片からトラックを再建しなければなりません。

電子メールで添付ファイルを送信する場合も同じことが起こります。エンコーディングとして知られているプロセスでは、バイナリデータはASCIIテキストに変換され、問題なく電子メールで転送されます。受信者側では、データがデコードされ元のファイルが再構築されます。

任意のデータをプレーンなASCIIテキストとしてエンコードする1つの方法は、Base64です。これは、プレーンテキスト以外のデータを送信するためにMIME標準で採用されている手法の1つです。

Base64エンコーディングは、それぞれが8ビットからなる3バイトをとり、ASCII標準で4つの印字可能文字として表します。それは本質的に2つのステップで行います。

最初のステップは、3バイトを4つの6ビット数に変換することです。 ASCII標準の各文字は7ビットで構成されています。 Base64は6ビット（2 ^ 6 = 64文字に対応）を使用して、エンコードされたデータが印刷可能で人間が読めるようにします。 ASCIIで使用可能な特殊文字は使用されません。

64文字（したがってBase64という名前）は、10桁、26個の小文字、26個の大文字、 '+'と '/'です。

例えば、3バイトが155,162および233である場合、対応する（および恐ろしい）ビットストリームは100110111010001011101001であり、これは6ビット値38,58,11および41に対応する。

これらの数値は、Base64エンコーディングテーブルを使用して2番目の手順でASCII文字に変換されます。この例の6ビットの値は、ASCIIシーケンス "m6Lp"に変換されます。

この2つのステップのプロセスは、エンコードされたバイトシーケンス全体に適用されます。エンコードされたデータが正しく印刷され、メールサーバーの行長制限を超えないように、行の長さを76文字以下に保つために改行文字が挿入されます。改行文字は他のすべてのデータと同様にエンコードされます。

エンコード処理の最後に、問題が発生する可能性があります。バイト単位の元のデータのサイズが3の倍数であれば、すべて正常に動作します。そうでない場合は、1つまたは2つの8ビットバイトで終わる可能性があります。適切なエンコーディングのためには、正確に3バイト必要です。

解決方法は、3バイトのグループを作成するのに十分なバイトに「0」の値を追加することです。 1つの余分なバイトのデータがある場合、そのような2つの値が追加されます.1つは追加の2つのバイトに追加されます。

もちろん、これらの人工の末尾の '0'は、以下のエンコードテーブルを使用してエンコードすることはできません。それらは65番目の文字で表されなければなりません。

Base64のパディング文字は '='です。当然のことながら、それは符号化されたデータの最後にしか現れません。