Base 64、MD 5、RSAとASE暗号化アルゴリズムの総括とJAVA実現-Base 64


一般的な暗号化アルゴリズム


一般的な暗号化アルゴリズムは,対称暗号化アルゴリズム,非対称暗号化アルゴリズム,Hashアルゴリズムの3つに分類できる.

Base64


BASE 64は暗号化アルゴリズムではなく、バイナリデータを書き込み可能な文字形式のデータに符号化するために一般的に用いられる符号化方式である.BASE 64は可逆的な符号化方式である.通常、いくつかのバイナリデータの符号化方法を格納、伝送するために使用されます.MIME(多用途インターネットメール拡張、主に電子メール標準として使用される)における印刷可能な文字がバイナリデータを表す一般的な符号化方法でもある.

コーディングプロセス

  • は、まず、符号化されるコンテンツを8ビットバイナリに変換し、3文字ごとに1セットとする.
  • 符号化前の長さが3 n+1であれば、符号化後のコンテンツの最後尾に2個の‘=’を、符号化前の長さが3 n+2であれば、符号化後のコンテンツの最後尾に1個の‘=’を補う.
  • は、各グループのバイナリコンテンツを6ビットのバイナリに分割し、6ビット未満の後に0を補う.
  • 6進数ごとに0を補い、8ビットバイナリになることを保証します.
  • 補足されたコンテンツをbase 64符号化テーブルに従ってbase 64コンテンツ出力に変換する.

  • JAVA実現

        /**
         *  
         */
        public static class Encoder {
            private final byte[] newline;
            private final int linemax;
            private final boolean isURL;
            private final boolean doPadding;
    
            private Encoder(boolean isURL, byte[] newline, int linemax, boolean doPadding) {
                this.isURL = isURL;
                this.newline = newline;
                this.linemax = linemax;
                this.doPadding = doPadding;
            }
            private static final char[] toBase64 = {
                    'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',
                    'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',
                    'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm',
                    'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z',
                    '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/'
            };
            private static final char[] toBase64URL = {
                    'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',
                    'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',
                    'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm',
                    'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z',
                    '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '-', '_'
            }
            private final int outLength(int srclen) {
                int len = 0;
                if (doPadding) {
                    len = 4 * ((srclen + 2) / 3);
                } else {
                    int n = srclen % 3;
                    len = 4 * (srclen / 3) + (n == 0 ? 0 : n + 1);
                }
                if (linemax > 0)                                  // line separators
                    len += (len - 1) / linemax * newline.length;
                return len;
            }
    
            /**
             *  
             * @param src
             * @return
             */
            public byte[] encode(byte[] src) {
                int len = outLength(src.length);          // dst array size
                byte[] dst = new byte[len];
                int ret = encode0(src, 0, src.length, dst);
                if (ret != dst.length)
                    return Arrays.copyOf(dst, ret);
                return dst;
            }
            /**
             *  
             * @param src
             * @return
             */
            public String encodeToString(byte[] src) {
                byte[] encoded = encode(src);
                return new String(encoded, 0, encoded.length,StandardCharsets.UTF_8);
            }
            private int encode0(byte[] src, int off, int end, byte[] dst) {
                char[] base64 = isURL ? toBase64URL : toBase64;
                int sp = off;
                int slen = (end - off) / 3 * 3;
                int sl = off + slen;
                if (linemax > 0 && slen  > linemax / 4 * 3)
                    slen = linemax / 4 * 3;
                int dp = 0;
                while (sp < sl) {
                    int sl0 = Math.min(sp + slen, sl);
                    for (int sp0 = sp, dp0 = dp ; sp0 < sl0; ) {
                        int bits = (src[sp0++] & 0xff) << 16 |
                                (src[sp0++] & 0xff) <<  8 |
                                (src[sp0++] & 0xff);
                        dst[dp0++] = (byte)base64[(bits >>> 18) & 0x3f];
                        dst[dp0++] = (byte)base64[(bits >>> 12) & 0x3f];
                        dst[dp0++] = (byte)base64[(bits >>> 6)  & 0x3f];
                        dst[dp0++] = (byte)base64[bits & 0x3f];
                    }
                    int dlen = (sl0 - sp) / 3 * 4;
                    dp += dlen;
                    sp = sl0;
                    if (dlen == linemax && sp < end) {
                        for (byte b : newline){
                            dst[dp++] = b;
                        }
                    }
                }
                if (sp < end) {               // 1 or 2 leftover bytes
                    int b0 = src[sp++] & 0xff;
                    dst[dp++] = (byte)base64[b0 >> 2];
                    if (sp == end) {
                        dst[dp++] = (byte)base64[(b0 << 4) & 0x3f];
                        if (doPadding) {
                            dst[dp++] = '=';
                            dst[dp++] = '=';
                        }
                    } else {
                        int b1 = src[sp++] & 0xff;
                        dst[dp++] = (byte)base64[(b0 << 4) & 0x3f | (b1 >> 4)];
                        dst[dp++] = (byte)base64[(b1 << 2) & 0x3f];
                        if (doPadding) {
                            dst[dp++] = '=';
                        }
                    }
                }
                return dp;
            }
        }
        /**
         *  
         */
        public static class Decoder {
    
            private final boolean isURL;
            private final boolean isMIME;
            private Decoder(boolean isURL, boolean isMIME) {
                this.isURL = isURL;
                this.isMIME = isMIME;
            }
    
            private static final int[] fromBase64 = new int[256];
            static {
                Arrays.fill(fromBase64, -1);
                for (int i = 0; i < Encoder.toBase64.length; i++)
                    fromBase64[Encoder.toBase64[i]] = i;
                fromBase64['='] = -2;
            }
            private static final int[] fromBase64URL = new int[256];
    
            static {
                Arrays.fill(fromBase64URL, -1);
                for (int i = 0; i < Encoder.toBase64URL.length; i++)
                    fromBase64URL[Encoder.toBase64URL[i]] = i;
                fromBase64URL['='] = -2;
            }
            /**
             *  
             * @param src
             * @return
             */
            public byte[] decode(byte[] src) {
                byte[] dst = new byte[outLength(src, 0, src.length)];
                int ret = decode0(src, 0, src.length, dst);
                if (ret != dst.length) {
                    dst = Arrays.copyOf(dst, ret);
                }
                return dst;
            }
            /**
             *  
             * @param src
             * @return
             */
            public byte[] decode(String src) {
                return decode(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            }
            private int outLength(byte[] src, int sp, int sl) {
                int[] base64 = isURL ? fromBase64URL : fromBase64;
                int paddings = 0;
                int len = sl - sp;
                if (len == 0)
                    return 0;
                if (len < 2) {
                    if (isMIME && base64[0] == -1)
                        return 0;
                    throw new IllegalArgumentException(
                            "Input byte[] should at least have 2 bytes for base64 bytes");
                }
                if (isMIME) {
                    // scan all bytes to fill out all non-alphabet. a performance
                    // trade-off of pre-scan or Arrays.copyOf
                    int n = 0;
                    while (sp < sl) {
                        int b = src[sp++] & 0xff;
                        if (b == '=') {
                            len -= (sl - sp + 1);
                            break;
                        }
                        if ((b = base64[b]) == -1)
                            n++;
                    }
                    len -= n;
                } else {
                    if (src[sl - 1] == '=') {
                        paddings++;
                        if (src[sl - 2] == '=')
                            paddings++;
                    }
                }
                if (paddings == 0 && (len & 0x3) !=  0)
                    paddings = 4 - (len & 0x3);
                return 3 * ((len + 3) / 4) - paddings;
            }
            private int decode0(byte[] src, int sp, int sl, byte[] dst) {
                int[] base64 = isURL ? fromBase64URL : fromBase64;
                int dp = 0;
                int bits = 0;
                int shiftto = 18;       // pos of first byte of 4-byte atom
                while (sp < sl) {
                    int b = src[sp++] & 0xff;
                    if ((b = base64[b]) < 0) {
                        if (b == -2) {         // padding byte '='
                            // =     shiftto==18 unnecessary padding
                            // x=    shiftto==12 a dangling single x
                            // x     to be handled together with non-padding case
                            // xx=   shiftto==6&&sp==sl missing last =
                            // xx=y  shiftto==6 last is not =
                            if (shiftto == 6 && (sp == sl || src[sp++] != '=') ||
                                    shiftto == 18) {
                                throw new IllegalArgumentException(
                                        "Input byte array has wrong 4-byte ending unit");
                            }
                            break;
                        }
                        if (isMIME)    // skip if for rfc2045
                            continue;
                        else
                            throw new IllegalArgumentException(
                                    "Illegal base64 character " +
                                            Integer.toString(src[sp - 1], 16));
                    }
                    bits |= (b << shiftto);
                    shiftto -= 6;
                    if (shiftto < 0) {
                        dst[dp++] = (byte)(bits >> 16);
                        dst[dp++] = (byte)(bits >>  8);
                        dst[dp++] = (byte)(bits);
                        shiftto = 18;
                        bits = 0;
                    }
                }
                // reached end of byte array or hit padding '=' characters.
                if (shiftto == 6) {
                    dst[dp++] = (byte)(bits >> 16);
                } else if (shiftto == 0) {
                    dst[dp++] = (byte)(bits >> 16);
                    dst[dp++] = (byte)(bits >>  8);
                } else if (shiftto == 12) {
                    // dangling single "x", incorrectly encoded.
                    throw new IllegalArgumentException(
                            "Last unit does not have enough valid bits");
                }
                // anything left is invalid, if is not MIME.
                // if MIME, ignore all non-base64 character
                while (sp < sl) {
                    if (isMIME && base64[src[sp++]] < 0)
                        continue;
                    throw new IllegalArgumentException(
                            "Input byte array has incorrect ending byte at " + sp);
                }
                return dp;
            }
        }