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Base64-Kodierung

Allgemeines

Die in RFC’s[1, 2] beschriebene Base64-Kodierung dient zum Übertragen jeglicher 8-Bitgruppen über nicht 8-bitsichere Wege. Hierfür werden jeweils drei Bytes zu einer 24-Bitfolge zusammengefasst und diese dann in vier 6-Bitgruppen unterteilt. Die 6-Bitgruppen werden an Hand einer Zeichentabelle (Base64-Alphabet) zurückübersetzt und übermittelt. Dadurch wird jeder Text um 33% länger.

Das Base64-Alphabet ist eine Untermenge von 65-Zeichen aus dem ASCII-Zeichensatz. Davon dienen 64 Zeichen der Textkodierung und ein Zeichen (=) als Endmarkierung bei einer unvollstzändigen 24-Bitgruppe.

Obwohl die Kodierung nach Base64 eine Verbesserung gegenüber dem im Kodieralgorithmus verwandten Uuencode aufweist, bleiben vier Nachteile bestehen, die das Einsatzgebiet einschränken:

• Die kodierte Datei ist immer rund 33% größer.
• Es gibt keine festgelegten Anfangs- und Endmarkierungen.
• Es sind keinerlei Prüfalgorithmen vorgesehen, an Hand derer Übertragungsfehler feststellbar oder reparierbar sind.
• Es ist kein Verfahren zum Aufteilen großer Dateien in mehrere kleinere Einheiten vorgesehen.
• Der originale Dateiname wird nicht mit eingebettet.

Daher eignet sich Base64 nicht für die Kodierung von sehr großen Binärdateien vor deren Übertragung — wie bspw. Audio-, Film- oder Programmdateien mit üblichen Dateigrößen von etlichen MBytes. Dies gilt Insbesondere für das Usenet[3], denn hier müssen Dateien mit mehr als 100, 250 oder 500 kByte in mehrere Teile aufgeteilt werden. Um die genannten Nachteile zu beheben wurde die yEnc-Kodierung als Nachfolger vorgeschlagen.

Kodierung

• Bei der Kodierung eines Textes aus den Binärdaten müssen alle Zeilenumbrüche (CR, 0x0D) durch CRLF (0x0D 0x0A) ersetzt werden.
• Die Bitfolgen von jeweils drei Bytes à 8-Bits werden zu einer 24-Bitgruppe zusammengefasst (Das höherwertige Bit steht links, das niederwertige rechts)
• Die 24-Bitgruppe wird in vier 6-Bit Gruppen aufgeteilt.
• Jede 6-Bit-Gruppe wird in das Base64-Alphabet übersetzt.
• Eine Ausnahme bildet die letzte Bitgruppe eines Textes. Kann am Ende des Quelltextes keine vollständige 24-Bitgruppe zusammegfügt werden, werden die fehlenden Stellen rechtsbündig mit Nullen aufgefüllt um vollständige 6-Bitgruppen zu erhalten.
  1. Ist die Bytelänge des Textes ein Vielfaches von 24, wird dem Text kein = angehangen.
  2. Ist die letzte Bytefolge eine 16-Bitgruppe, so folgt dem Text ein =.
  3. Ist die letzte Bytefolge eine 8-Bitgruppe, so folgen dem Text zwei =.
• Im Ergebnistext darf keine Zeile mehr als 76 Zeichen haben.

Theoretisch sollte ein Dekoder an dieser Stelle in der Lage sein, den Ausgangstext wieder zu rekonstruieren. In der Praxis erwarten die meisten Dekoder für eine automatische Ausführung aber noch mindestens zwei Zeilen vor dem kodierten Text. Die erste Zeile gibt den Dateinamen für den zurückkonvertiereten Text an. Die zweite definiert den Kodierungsalgorithmus.

Content-Type: application/octet-stream; name="Ausgabe.txt"
Content-Transfer-Encoding: base64

YWJjZGU=

Dekodierung

In einem zu dekodierenden Text dürfen nur solche Zeichen vorkommen, wie sie im Base64-Alphabet (s. Tab.) festgelegt sind. Alle anderen Zeichen, Umbrüche eingeschlossen, sind vorher zu entfernen und weisen im Allgemeinen auf einen Übertragungfehler hin.

Da ein = nur am Ende eines Base64-Textes auftauchen kann, kann dies als Textende interpretiert werden. Zu beachten ist aber daß ein Base64-Text aber nicht mit einem = abschließen muß.

Bemerkungen

Das Base64-Alphabet stellt sich in allen Versionen der ISO 646 und im EBCDIC identisch dar. Im Gegensatz dazu erfüllen andere Kodierungsalgorithmen wie Uuencode, BinHex [4] und Base85 (Level2 PostScript) nicht diese Eigenschaft und eignen sich daher nicht zum Mailtransport zwischen unterschiedlichen Systemen.

Programmcodebeispiele

#:~>base64 <<< 'Maria Juana kommt nachts!'
TWFyaWEgSnVhbmEga29tbXQgbmFjaHRzIQo=
#:~>

#:~>uuencode --base64 <<< 'Maria Juana kommt nachts!' Ausgabe.b64
begin-base64 644 Ausgabe.b64
TWFyaWEgSnVhbmEga29tbXQgbmFjaHRzIQo=
====
#:~>

#!/usr/bin/env python3.2
# -*- coding: utf-8 -*-
#
import codecs
def Base64 (Text):
	return codecs.encode(bytes(Text,'utf8'),'base64_codec').decode('utf8')

Referenzen

1. RFC 2045
   Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies
   http://ftp.isi.edu/in-notes/rfc2045.txt
2. RFC 1421
   Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail: Part I: Message Encryption and Authentication Procedures
   http://WWW.IETF.org/rfc/rfc1421.txt
3. http://de.wikipedia.org/wiki/Usenet
4. RFC 1741
   MIME Content Type for BinHex Encoded Files
   http://WWW.IETF.org/rfc/rfc1741.txt

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