Base64 是计算机领域最常见的编码之一——您在电子邮件、JWT、证书和 API 响应中随处可见它。本文解释 Base64 的工作原理、使用场景以及您会遇到的各种变体。

什么是 Base64？

Base64 是一种将二进制数据表示为仅使用 64 个可打印 ASCII 字符的二进制转文本编码方案。当您需要通过只处理文本的系统传输二进制数据时，就会用到它。

使用的 64 个字符：

A-Z（26 个字符）
a-z（26 个字符）
0-9（10 个字符）
+ 和 /（2 个字符）
= 用于填充

Base64 工作原理

Base64 将每 3 字节（24 位）二进制数据转换为 4 个字符（每个表示 6 位）：

二进制:  01001101 01100001 01101110
分组:    010011 010110 000101 101110
十进制:  19     22     5      46
Base64:  T      W      F      u

填充

如果输入长度不是 3 的倍数，会添加 = 填充字符：

剩余 1 字节 → 2 个 Base64 字符 + ==
剩余 2 字节 → 3 个 Base64 字符 + =

大小开销

Base64 使数据大小增加约 33%（3 字节 → 4 字符）。

Base64 变体

标准 Base64（RFC 4648）

使用 + 和 /
用 = 填充
用于：MIME 电子邮件、PEM 证书、大多数通用场景

URL 安全 Base64（Base64url）

使用 - 和 _ 替代 + 和 /
填充可选（通常省略）
用于：JWT 令牌、URL、文件名、Web API

MIME Base64

标准 Base64，每 76 个字符换行
用于电子邮件附件

Base64 的常见用途

证书和密钥（PEM 格式）

每个 PEM 文件都是 Base64 编码的 DER：

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIDXTCCAkWgAwIBAgIJAJC1HiIAZAiI...
-----END CERTIFICATE-----

解码此内容可获得原始 DER 字节，然后用 ASN.1 解析器解析。

JWT 令牌

JSON Web Token 对每个部分使用 Base64url 编码：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJ1c2VyMSJ9.signature
  ↑ 头部（Base64url）  ↑ 载荷（Base64url）   ↑ 签名

API 响应

许多 API 以 Base64 字符串返回二进制数据（图片、文件、密码学值）。

密码学值

配置文件和 API 中的密钥材料、IV、密文通常以 Base64 传输。

Base64 与其他编码对比

编码	字符集	大小开销	使用场景
十六进制	0-9, A-F	100%	密码学值、调试
Base64	64 个字符	33%	文本系统中的二进制数据
Base64url	64 个 URL 安全字符	33%	URL、JWT
Base94	94 个可打印字符	~22%	最大密度文本编码

如需最大密度，Base94 使用所有 94 个可打印 ASCII 字符。参见 Base94 编码器。

密码学数据中的十六进制 vs Base64

在支付和 HSM 场景中，您会遇到两种格式：

格式	示例（AES 密钥）	长度
十六进制	`0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF`	32 字符
Base64	`ASNFZ4mrze8BI0VniavN7w==`	24 字符

十六进制在 HSM 工具和支付系统中更常见
Base64在 Web/API 场景和证书中更常见

字符编码转换器可在十六进制、Base64、ASCII、二进制和 EBCDIC 之间转换。

实践：解码 Base64

检查 JWT

对于 JWT eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJ1c2VyMSJ9.xxx：

用 . 分割得到 3 部分
Base64url 解码每部分（必要时添加填充）
头部和载荷是 JSON；签名是二进制

检查证书

删除 -----BEGIN CERTIFICATE----- 和 -----END CERTIFICATE-----
Base64 解码内容得到 DER 字节
用 ASN.1 解析器或 SSL 证书解析器解析

从 PEM 提取密钥

删除页眉/页脚行
Base64 解码得到 DER
用 RSA DER 公钥解码器解析

常见错误

错误	问题	修复方案
在 URL 中使用标准 Base64	`+` 和 `/` 破坏 URL	使用 Base64url
忘记填充	解码失败	添加 `=` 填充使长度为 4 的倍数
将 Base64 与加密混淆	Base64 不是加密	使用 AES 进行真正的加密
重复编码	数据损坏	只编码一次

重要：Base64 是编码，不是加密。任何人都可以解码它。永远不要用 Base64 来"隐藏"敏感数据。

在线工具

使用 Base64 编码器/解码器：

将文本或十六进制编码为 Base64
将 Base64 解码为文本或十六进制
处理标准和 URL 安全变体
自动处理填充

如需在多种格式（十六进制、Base64、ASCII、二进制、EBCDIC）之间转换，使用字符编码转换器。

Base64 编码详解：标准、URL 安全与使用场景