Android安全-Base64 编码原理 && 实现

在本章，我们将开启新的篇章去介绍加解密算法。在众多的商用APP中，混杂着多种算法去实现接口的参数的加密，以及各种位置的鉴权操作。即使厂商把一系列算法做了混合的使用，我们也不用去惧怕，接下来的几章中，笔者将会带领大家把这些常用的加解密算法各个击破。

万变不离其宗，不管算法如何去改变，只是形式上的改变，我们掌握其核心，让算法对我们来说不再陌生。更着笔者，让我们一起把算法打下来。

6.1 算法基本介绍

6.1.1 逆向场景中的加解密算法

在安全工程中，主要有如下几个逆向场景：

• CTF 挑战赛
• 爬虫
• 安全防护

这里，我们着重讲解爬虫和安全防护，当前主流业务都是围绕这两个方面展开，它们就好像矛与盾的关系。

在爬虫方面，随着更多爬虫工作者的加入，很多APP的服务器被爬到宕机，以及APP内部的公民个人信息会被不法分子非法抓取。为了对抗这些操作，APP内部的防护也越来越强，最主要的表现形式就是算法的加持。那爬虫工作者想要继续爬取数据，那么破解算法并还原，就成为了必备技能。

在安全防护端：要对抗爬虫和非法入侵的危险，在APP的业务代码开发完成后，就要对APP的核心业务逻辑上加入算法去保护相关的接口。

6.1.2 算法的简单分类

这里，笔者对目前市面上主流的算法做了简单的分类：

• 常用编码

Base16、Base32、Base64

• 哈希算法（散列算法）

  • MD5
  • SHA-1
  • SHA-2 （SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512）

• 对称加解密算法

  • DES
  • 3DES
  • AES

接下来，将会对这些算法各个击破，从原理出来，带领大家去把它们用Android中实现一遍。所谓，正向的高度决定着逆向的高度。

6.2 Base 64 基本介绍

6.2.1 Base 64 简介

首先，我们先介绍算法的好伴侣Base64。其中64，表示的就是使用64个常见的可打印字符来表示二进制数据的一个table，它们分别是A-Z、a-z、+、/，表的形式如图6-1所示：

图6-1 Base64 码表

64对应的及计算方式如下：

2^6 = 64

ascii一个字符，是用8个bit来表示，而Base64就是使用6个bit来表示一个字符。3个字节，即24个bit，对应的就是4个Base64的字符单元，所以它们就是用3个字节来表示4个可打印的字符来表示。

6.2.2 Base 64 使用场景

Base64最早是应用于邮件传输协议中，在邮件传输协议中只支持ascii字符的传输。因此，如果想要传递二进制文件，如图片或者视频数据，显然是不可能实现的。那么想要传递，就要把图片或者视频数据转化成ascii字符进行传输。一直以来，最主流的编码就是ascii编码，为了适用于广泛的的编码规格。

然而，ascii的128~255之间的值是不可见字符。而在网络上做数据交换的时候，中间要经过多个路由器，由于不同的设备，厂商的设定对字符的解码格式也是各不相同，那么这些不可见字符，就有可能被错误的处理。这就很不利于传输。

不可见字符就是一切的关键，在很多算法中，算法对数据进行加密后，那么每个单元中的，就有可能存在不可见的字符，那么我们想要对其进行稳定的传输，就一定要使用Base64。

6.3 Base 64 原理详解

6.3.1 Base 64 编码原理

在前面6.2.1简介中简单的介绍了Base64的简单计算方式，但是，对大家来说不太直观。接下来使用图的方式给大家介绍。

在Base64编码时，每3个字节为一组，共有8bit*3=24bit的数据。那么Base64是使用6bit表示一个字节，那么24/6=4个字符。划分前后它们的表现形式如图6-2所示：

图6-2 划分前后比对

如果这样仍然不直观，我们举个例子，我们对cat进行编码：它的ascii编码，二进制表示，对应的Base64编码表的索引，Base64编码后的内容如图6-3所示：

图6-3 Base64编码案例

二进制位编码计算如图6-4所示：

图6-4 Base64编码计算方式

24bit的二进制数据顺次6bit一组进行10进制转换，然后再码表中根据索引得到相应的Base64字符。

最终，cat通过Base64编码变成了Y2F0。如果待转换的字符不是3的整数倍的时候该怎么处理呢？

• 剩余一个字符

在只剩下一个字符的情况下，如图6-5所示：

图6-5 只剩下一个字符

在图中，只有一个字符c，它的二进制表现形式为

要进行bit拆分

但是11不够6个bit，那么就要进行补0的操作，这时候要补充4个0。补充完成后，Base64编码只有两个字节为了满足4个字节，要用"="来补充。最终的编码后的字符就是YW==。我们也可以用在先的网站验证一下。验证结果如图6-6所示：

图6-6 只剩下一个字符结果验证

• 剩余两个字符

如果只剩下两个字符，它的编码转换如图6-7所示：

图6-7 只剩下两个字符

两个字符c的二进制表示如下所示：

进行Base64拆分后，如下所示：

这时候最后一个可表示的字符少2个bit去表示，这时候补0即可。补充完0后需要，还少一个Base64字符表示。同样，用"="号表示即可。使用在线网站验证截图如图6-8所示：

图6-8 只剩下两个字符验证结果

6.3.2 Base64 解码原理

Base64的解码是编码的逆过程，当然在这个过程，引入了一个解码表，配合着去解码。接下来我们就看看怎么去解码。

首先，先介绍下解码表，解码表如下所示：

解码表共有256个值，计算方式如下所示：

这是因为ascii的码值是用8bit来表示，而Base64编码后的值，我们仍把它看作是ascii。

用上面编码好的案例给大家讲解。cat编码后的结果是Y2F0。

它们的进制表示如下所示：

那么，我们就看下它们是怎么对应的，如下所示：

取出来的值正好是Base64码表中的索引值，然后我们把索引值转换成二进制，然后再依次还原就是原始的数据了。

6.4 Base 64 Java 层实现

Java层的实现，直接调用系统库的API即可，没有任何难度。对抗的难度提升一般在Native，这里简单演示下使用方法。

6.5 Base 64 使用 C++ 在 Native 层实现

6.5.1 Base 64 编码实现

Native层使用C++来实现，新的android studio 默认语言就是C++。我们先直接看下代码：

笔者给大家写的是简化版本的，不过也能使用。真正要应用于业务代码上的需要做各种容错。

在上述代码中，我们首先做的是待编码字符串的长度计算。使用c记录当前字符，使用last_c记录上一个记录的字符。在计算之前要对3进行取模操作，3个为一组进行编码。

• 对第一个字符进行处理

右移两位，并取六位，0x3f表现形式如下：

共有6个1，就是取六位的含义。

• 第二个编码取值

第一个字符还有两位没有处理，所以用last_c表示上一个字符，取出低位2个bit，同时左移四位，为后面拼接的bit腾出来位置。并取第二个字符的前4个bit，代码如下所示：

• 第三个编码处理

第二个字符的后4bit还没有使用，我们取出来，并取第三个字符的前2bit

• 第四个编码的处理

直接把剩余字符的低六位取出来即可。

• 待编码字符的后最后剩一位的情况

根据上述原理的描述，如果只剩下了一位。在这种情况下就要补充两个"="号。

首先剩下的一位会在for循环中的case 0中，进行编码。但是它还剩下两bit的数据，这时候就需要在函数的最后进行判断，如果只剩下一位，把最后一位的低两位数据取出来并左移4位，在编码表中取索引对应的值。着只是两位base64编码的值，所以，还差两位不能补齐，所以需要补充两个"="号。

• 待编码字符的后最后剩两位的情况

如果剩下两位，那么就需要补充一个"="符号。

取出第二个字符的低4位的bit数据，并左移两位。最后补齐一个"="符号。

6.5.2 Base 64 解码实现

解码的代码如下所示：

虽然它的代码结构很简单，但是理解起来还是比较困难的。如果c为255，直接返回数据空值，如果是253则对应的是换行或者是回车。如果是254则对应的是"="符号。

这里分三种情况去解析：

1. 没有"="符号

没有等于符号，则t会一直累加,知道y为4才开始处理

最终y=4的时候进行处理

1. 有两个"="符号

最终y=4的时候进行处理

1. 有一个"="符号

最终y=4的时候进行处理

这样，Base64的编码和解码的过程就讲解完了。如果大家仔细阅读并认真实操一遍，笔者相信，日后无论Base64码表如何变化，大家都能快速的解决它。

最终的完整代码如下所示：

6.6 本章小结

在本章中，笔者从Base64的来源以及使用场景入手，带领大家一步一步的了解Base64编码，并了解了Base64编码在算法中的使用。目前对Base64的商用就是魔改Base64编码表，无论Base64编码表如何变化，我们只要熟知其计算原理，不管它怎么变，我们都能准确的识别和复原。所以，笔者从原理出发，带领大家一步一步把具体的实现方法给大家讲述了出来。