CTF-RE 从0到N: 理解base64算法

Base64是一种常用的编码方式，用于将二进制数据转换为文本格式。它常用于在需要通过文本传输二进制数据的场景中，例如在电子邮件和URL中传递二进制文件。Base64的核心原理如下：

原理

输入数据分组：
- 将输入的二进制数据按字节分成每组3字节（24位）。
转换为6位块：
- 将每3字节（24位）的数据块分成4个6位块。这样，每个6位块可以表示一个范围在0到63之间的整数。
映射到Base64字符集：
- 使用Base64字符表将每个6位块映射到一个Base64字符。Base64字符集包含64个字符，包括大写字母A-Z，小写字母a-z，数字0-9，以及两个特殊字符"+"和"/"。
处理不足3字节的数据：
- 如果最后一组数据不足3字节，则用0字节填充，以保证数据长度是3的倍数。编码后，用一个或两个等号（=）填充，以表明原始数据的长度。

Base64字符表

Base64字符表如下：

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

示例

假设我们要编码字符串"Man"。

输入数据：

字符串"Man"的ASCII码是：

M: 77 (01001101)
a: 97 (01100001)
n: 110 (01101110)

合并成二进制数据：
```
01001101 01100001 01101110
```

分成6位块：
- 划分后得到：
```
010011 010110 000101 101110
```
转换为十进制：
- 每个6位块对应的整数是：
```
19 22 5 46
```
映射到Base64字符集：
- 使用Base64字符表对应的字符是：
```
T W F u
```

因此，字符串"Man"被Base64编码后就是"TWFu"。

处理不足3字节的数据

假设我们要编码字符串"Ma"。

输入数据：
- 字符串"Ma"的ASCII码是：
```
M: 77 (01001101)
a: 97 (01100001)
```
补齐到3字节：
- 补齐后变成：
```
01001101 01100001 00000000
```
分成6位块：
- 划分后得到：
```
010011 010110 000100 000000
```
转换为十进制：
- 每个6位块对应的整数是：
```
19 22 16 0
```
映射到Base64字符集：
- 使用Base64字符表对应的字符是：
```
T W Q A
```
添加填充字符：
- 因为原始数据不足3字节，我们在末尾添加一个等号（=），表示有1字节填充。
- 最终结果是：
```
TWFu==
```

解码过程

解码过程与编码过程相反，分以下几步：

移除填充字符：
- 移除结尾的等号（=）。
转换Base64字符为6位块：
- 将每个Base64字符转换回对应的6位二进制块。
重新组合为8位块：
- 将6位块重新组合成8位块。
转换为原始字节：
- 将8位块转回原始的字节数据。

通过这些步骤，Base64编码和解码可以在文本和二进制数据之间无损转换。

读懂这段代码!

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// Base64编码表
static const char base64_chars[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
                                   "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
                                   "0123456789+/";

// 判断字符是否为Base64编码字符
int is_base64(unsigned char c) {
    return (c >= 'A' && c <= 'Z') || 
           (c >= 'a' && c <= 'z') || 
           (c >= '0' && c <= '9') || 
           (c == '+') || (c == '/');
}

// Base64编码函数
char *base64_encode(const unsigned char *data, size_t input_length, size_t *output_length) {
    // 计算编码后的字符串长度
    *output_length = 4 * ((input_length + 2) / 3);

    // 为输出字符串分配内存
    char *encoded_data = (char *)malloc(*output_length + 1);
    if (encoded_data == NULL) return NULL;

    // 编码过程
    for (size_t i = 0, j = 0; i < input_length;) {
        uint32_t octet_a = i < input_length ? data[i++] : 0;
        uint32_t octet_b = i < input_length ? data[i++] : 0;
        uint32_t octet_c = i < input_length ? data[i++] : 0;

        uint32_t triple = (octet_a << 16) | (octet_b << 8) | octet_c;

        encoded_data[j++] = base64_chars[(triple >> 18) & 0x3F];
        encoded_data[j++] = base64_chars[(triple >> 12) & 0x3F];
        encoded_data[j++] = base64_chars[(triple >> 6) & 0x3F];
        encoded_data[j++] = base64_chars[triple & 0x3F];
    }

    // 添加填充字符
    for (size_t i = 0; i < (3 - input_length % 3) % 3; i++) {
        encoded_data[*output_length - 1 - i] = '=';
    }

    // 添加字符串终止符
    encoded_data[*output_length] = '\0';
    return encoded_data;
}

// 测试函数
int main() {
    const char *text = "Hello, World!";
    size_t input_length = strlen(text);
    size_t output_length;

    // Base64编码
    char *encoded_text = base64_encode((const unsigned char *)text, input_length, &output_length);
    if (encoded_text == NULL) {
        fprintf(stderr, "内存分配失败\n");
        return 1;
    }

    // 输出编码后的字符串
    printf("Base64编码后的结果：%s\n", encoded_text);

    // 释放内存
    free(encoded_text);
    return 0;
}