Base64

Base64 ist ein Verfahren zur Kodierung von 8-Bit-Binärdaten (z. B. ausführbare Programme, ZIP-Dateien oder Bilder) in eine Zeichenfolge, die nur aus lesbaren ASCII-Zeichen besteht.

Es findet im Internet-Standard Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Anwendung und wird dort zum Versenden von E-Mail-Anhängen verwendet. Nötig ist dies, um den problemlosen Transport von beliebigen Binärdaten zu gewährleisten, da SMTP in seiner ursprünglichen Fassung nur für den Versand von 7-Bit-ASCII-Zeichen ausgelegt war. Durch die Kodierung steigt der Platzbedarf des Datenstroms um 33–36 % (33 % durch die Kodierung selbst, bis zu weitere 3 % durch die im kodierten Datenstrom eingefügten Zeilenumbrüche). Base64 wird zum Beispiel auch zur Kodierung von Benutzernamen und Passwort in der HTTP-Basisauthentifizierung und zur Übertragung von SSH-Server-Zertifikaten verwendet.

Zur Kodierung werden die Zeichen A–Z, a–z, 0–9, + und / verwendet sowie = am Ende. Da diese Zeichen auch im Extended Binary Coded Decimals Interchange Code (EBCDIC) vorkommen (wenn auch an anderen Codepositionen), ist ein verlustfreier Datenaustausch zwischen diesen Plattformen gesichert.

Zur Kodierung werden jeweils drei Byte des Bytestroms (= 24 Bit) in vier 6-Bit-Blöcke aufgeteilt. Jeder dieser 6-Bit-Blöcke bildet eine Zahl von 0 bis 63. Diese Zahlen werden anhand der nachfolgenden Umsetzungstabelle in „druckbare ASCII-Zeichen“ umgewandelt und ausgegeben. Der Name des Algorithmus erklärt sich durch ebendiesen Umstand – jedem Zeichen des kodierten Datenstroms lässt sich eine Zahl von 0 bis 63 zuordnen (siehe Tabelle). Mathematisch betrachtet gleicht dies einem Stellenwertsystem der Basis 64.

Falls die Gesamtanzahl der Eingabebytes nicht durch drei teilbar ist, beinhaltet der letzte Eingabeblock weniger als 24 Bits. In diesem Fall ist ein Padding der Eingabedaten erforderlich. An den Eingabeblock werden Nullbits angehängt, bis die Länge durch 6 teilbar ist. Anschließend wird die Ausgabe mit einem oder zwei = Zeichen aufgefüllt. Wenn der Eingabeblock 8 Bit lang ist, werden 4 Nullbits angehängt und zwei = Zeichen ausgegeben. Wenn der Eingabeblock 16 Bit lang ist, werden 2 Nullbits angehängt und ein = Zeichen ausgegeben.^[1]

Da sich die Anzahl der ursprünglichen Bytes immer eindeutig aus der Anzahl der Base64-Eingabe-Zeichen ermitteln lässt, wird in manchen Kontexten und Protokollen kein Padding verwendet (abweichend von der ursprünglichen Base64-Definition).

Bei einer zu kodierenden Eingabe mit ${\displaystyle n}$ Byte beträgt der Platzbedarf für den Base64-kodierten Inhalt (ohne Zeilenumbrüche) ${\displaystyle z=4\cdot \lceil {\tfrac {n}{3}}\rceil }$ Zeichen. (Die Klammern um den Bruch stehen für die aufrundende Ganzzahldivision.)

In der Darstellung von sehr langen Base64-Strings werden diese oftmals (zum Beispiel nach jeweils 64 Zeichen) umbrochen, also ein Zeilenumbruch eingefügt. Solche Zeilenumbrüche sind für die Dekodierung nicht von Belang und werden ignoriert.

In Dateinamen und URLs können die Zeichen +, / und = nicht verwendet werden, da sie dort für besondere Funktionen reserviert sind. In einem solchen Fall wird mit base64url eine inkompatible Abwandlung beschrieben. Die Zeichen + und / werden dann durch - (Minus, ASCII 2D_hex) und _ (Unterstrich, ASCII 5F_hex) ersetzt. Das Füllzeichen = am Ende wird prozentkodiert zu %3d, kann aber entfallen, wenn die Länge des Strings bekannt ist.^[2]

Polyfon zwitschernd aßen Mäxchens Vögel Rüben, Joghurt und Quark

Dieser 64 Zeichen lange Text wäre in UTF-8-Kodierung 68 Byte lang, da in UTF-8 das Eszett und die Umlaute jeweils eine Länge von zwei Bytes haben. Mit der Umwandlung zu Base64 wird daraus eine 92 Zeichen lange Base64-Zeichenkette:

UG9seWZvbiB6d2l0c2NoZXJuZCBhw59lbiBNw6R4Y2hlbnMgVsO2Z2VsIFLDvGJl
biwgSm9naHVydCB1bmQgUXVhcms=

Erkennbar ist hierbei, dass Base64 eine für Menschen nicht lesbare Kodierung erstellt. Dieser Umstand ist jedoch nicht als wirksame Verschlüsselung anzusehen, da der Datenstrom der Eingabe sehr leicht aus der Zeichenfolge am Ausgang zurückgewonnen werden kann, sobald diese als Base64-kodiert erkannt ist.

Das OpenPGP-Datenformat definiert eine Variante von Base64, die ASCII Armor genannt wird. Diese besteht aus genormten Kopf- und Fußzeilen, welche zum einen den Anfang und das Ende der Daten anzeigen, zum anderen einen Hinweis für den menschlichen Leser geben, welche Art von Daten kodiert ist und mit welchem Programm die Daten erzeugt worden sind.

An die Base64-kodierten Daten wird eine Prüfsumme (CRC-24) angehängt; dieses leicht modifizierte Verfahren trägt den Namen Radix-64.

-----BEGIN PGP MESSAGE-----
Version: GnuPG v1.4.10 (GNU/Linux)

y0piAGcFr3BQb2x5Zm9uIHp3aXRzY2hlcm5kIGHDn2VuIE3DpHhjaGVucyBWw7Zn
ZWwgUsO8YmVuLCBKb2dodXJ0IHVuZCBRdWFyaw==
=L3gC
-----END PGP MESSAGE-----

Der Base64-Teil in diesem Beispiel beginnt mit y0pi… und endet mit …yaw==. Anschließend folgt ein Zeilenumbruch, ein Gleichheitszeichen und die Base64-kodierte CRC-24-Prüfsumme über die Original-Nachricht (also vor der Base64-Kodierung).

• Quoted-Printable-Kodierung
• UUencode
• Base32
• Base85

• J. Linn: RFC: 1421 – Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail: Part I: Message Encryption and Authentication Procedures. Februar 1993 (löst RFC 1113 ab, historisch, englisch).
• N. Borenstein, N. Freed: RFC: 1521 – MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) Part One: Mechanisms for Specifying and Describing the Format of Internet Message Bodies. September 1993 – Standard: [draft] (löst RFC 1341 ab, aktualisiert durch RFC 1590, veraltet, englisch).
• S. Josefsson: RFC: 3548 – The Base16, Base32, and Base64 Data Encodings [Errata: RFC 3548]. Juli 2003 (aktualisiert durch RFC 4648, veraltet, abgelöst durch RFC 4648, englisch).
• S. Josefsson: RFC: 4648 – The Base16, Base32, and Base64 Data Encodings [Errata: RFC 4648]. Oktober 2006 – Standard: [proposed] (löst RFC 3548 ab, englisch).
• J. Callas, L. Donnerhacke, H. Finney, D. Shaw, R. Thayer: RFC: 4880 – OpenPGP Message Format [Errata: RFC 4880]. November 2007 – Standard: [proposed] (aktualisiert durch RFC 5581, löst RFC 1991 und RFC 2440 ab, englisch).

• Base64-Codierung/Decodierung online. base64decode.org

1. ↑ RFC: 4648 – The Base16, Base32, and Base64 Data Encodings. Oktober 2006, Abschnitt 4 (englisch).
2. ↑ S. Josefsson: RFC: 4648 – The Base16, Base32, and Base64 Data Encodings [Errata: RFC 4648]. Oktober 2006 – Standard: [proposed] (löst RFC 3548 ab, englisch).