base64数据隐写实现原理分析

在开始这篇文章前，先让我们来看一组 base64 编码的字符串

ZG==
YY==
aW==
ZF==
cm==
aM==
b2==
dc==
c2==
Zf==

解码后的内容是 daidrhouse，似乎没有什么问题。但是仔细看，第一行和第 4 行解码后的结果都是 d，但内容竟然不太一样？

按照正常的 base64 编码，daidrhouse 应该得到下面的结果。

ZA==
YQ==
aQ==
ZA==
cg==
aA==
bw==
dQ==
cw==
ZQ==

显然，与前者相比，每串 base64 的第二个字符都被改变了，但解码后的内容依然不变，这得从 base64 编码的原理说起。

什么是 base64#

顾名思义，base64 编码就是用 64 个 ascii 字符作为基础来编码二进制内容的一种编码方式。相信各位一定在网页中看到过 base64 编码的内嵌图片，甚至 QQ 音乐传输歌词文件时，也采用了 base64 编码。将二进制编码为 ascii 字符，使数据在某些场景下更便于阅读、便于传输。当然，将所有二进制「浓缩」到区区 64 个字符来表示，一定会在体积上作出妥协。字符在编码完成后，会增大 1/3 倍，至于原因，下面会讲到。

索引表#

base64 有一张标准编码表，为 64 个 ascii 字符排序并赋予索引。

索引	字符	索引	字符	索引	字符	索引	字符
0	A	16	Q	32	g	48	w
1	B	17	R	33	h	49	x
2	C	18	S	34	i	50	y
3	D	19	T	35	j	51	z
4	E	20	U	36	k	52	0
5	F	21	V	37	l	53	1
6	G	22	W	38	m	54	2
7	H	23	X	39	n	55	3
8	I	24	Y	40	o	56	4
9	J	25	Z	41	p	57	5
10	K	26	a	42	q	58	6
11	L	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	u	62	+
15	P	31	f	47	v	63	/

有时为了防止混淆（比如链接），会使用 . _ 来代替索引表中的 + / 。

编码方式#

base64 将 3 个字节（24 位）作为一组进行处理。不足 3 字节时填充 0，并在结尾使用 = 来标识填充的字节数。并将每 6 位作为 1 小组，将 24 位编码成 4 组 6 位二进制。此时，这 6 位二进制一共有 26=642^6=6426=64 种情况，正好能够用 64 个字符来表示。（这也解释了为什么编码完成后体积会增大 1/3）

举些栗子#

隐写的原理#

base64 在解码的时候，会按照字符串末尾的 = 数量来删除相应字节数。或许你已经发现了，当一组字符的数量为 1 字节或 2 字节的时候，会有 4 位或 2 位二进制在解码时被忽略，及下图的红色标识。

红色标识的这些二进制，能够被编码，但解码时却会被忽略。修改这些位置的内容，不会影响到原始数据。

解决问题#

现在，可以来尝试解决文章开头的问题了。那组 base64 编码的字符串，隐藏了什么？

将所有红色标识的二进制位拼接起来，可以得到最后的结果 hello

索引	字符	索引	字符	索引	字符	索引	字符
0	A	16	Q	32	g	48	w
1	B	17	R	33	h	49	x
2	C	18	S	34	i	50	y
3	D	19	T	35	j	51	z
4	E	20	U	36	k	52	0
5	F	21	V	37	l	53	1
6	G	22	W	38	m	54	2
7	H	23	X	39	n	55	3
8	I	24	Y	40	o	56	4
9	J	25	Z	41	p	57	5
10	K	26	a	42	q	58	6
11	L	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	u	62	+
15	P	31	f	47	v	63	/

索引	字符	索引	字符	索引	字符	索引	字符
0	A	16	Q	32	g	48	w
1	B	17	R	33	h	49	x
2	C	18	S	34	i	50	y
3	D	19	T	35	j	51	z
4	E	20	U	36	k	52	0
5	F	21	V	37	l	53	1
6	G	22	W	38	m	54	2
7	H	23	X	39	n	55	3
8	I	24	Y	40	o	56	4
9	J	25	Z	41	p	57	5
10	K	26	a	42	q	58	6
11	L	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	u	62	+
15	P	31	f	47	v	63	/

索引	字符	索引	字符	索引	字符	索引	字符
0	A	16	Q	32	g	48	w
1	B	17	R	33	h	49	x
2	C	18	S	34	i	50	y
3	D	19	T	35	j	51	z
4	E	20	U	36	k	52	0
5	F	21	V	37	l	53	1
6	G	22	W	38	m	54	2
7	H	23	X	39	n	55	3
8	I	24	Y	40	o	56	4
9	J	25	Z	41	p	57	5
10	K	26	a	42	q	58	6
11	L	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	u	62	+
15	P	31	f	47	v	63	/