Base64 出现在电子邮件、JWT、Data URI 和 HTTP Basic Auth 中。它究竟是什么，什么时候该用它？

什么是 Base64？

Base64 是一种将二进制数据转换为 64 个可打印 ASCII 字符的编码方案。字符集为：

A–Z  (26个)
a–z  (26个)
0–9  (10个)
+  /  (2个)
=    (填充)

它不是加密——只是编码。任何人都可以解码。

Base64 为什么存在？

二进制数据（图片、文件、任意字节）无法安全地在只处理文本的系统中传输——邮件协议、XML、JSON、HTTP Header。Base64 通过将二进制表示为纯文本来弥补这个差距。

常见使用场景：

  • 在 HTML/CSS 中嵌入图片：src="data:image/png;base64,..."
  • JWT 令牌：Header 和 Payload 使用 Base64URL 编码
  • HTTP Basic Auth：Authorization: Basic dXNlcjpwYXNz
  • 邮件附件：MIME 编码
  • 在 JSON 中存储二进制：返回 Base64 字符串形式图片的 API

Base64 编码原理

Base64 每次取 3 个字节（24 位），分成四组 6 位。每个 6 位值映射到 64 字符表中的一个字符。

输入:  M  a  n
字节:  77 97 110
二进制: 01001101 01100001 01101110
分组:  010011 010110 000101 101110
索引:  19     22     5      46
输出:  T      W      F      u

如果输入不能被 3 整除，添加 = 填充使输出长度为 4 的倍数。

在线 Base64 编码

在浏览器中快速编码或解码 Base64：

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在代码中编码和解码

JavaScript（浏览器）

// 编码
const encoded = btoa('Hello, World!');
// SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

// 解码
const decoded = atob('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==');
// Hello, World!

注意： btoa / atob 只支持 Latin-1。处理 Unicode 字符串：

// Unicode 编码
const encoded = btoa(unescape(encodeURIComponent('你好世界')));

// Unicode 解码
const decoded = decodeURIComponent(escape(atob(encoded)));

JavaScript（Node.js）

// 编码
const encoded = Buffer.from('Hello, World!').toString('base64');

// 解码
const decoded = Buffer.from(encoded, 'base64').toString('utf-8');

Python

import base64

# 编码
encoded = base64.b64encode(b'Hello, World!').decode('utf-8')
# SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

# 解码
decoded = base64.b64decode('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==').decode('utf-8')
# Hello, World!

命令行

# 编码
echo -n 'Hello, World!' | base64
# SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

# 解码
echo 'SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==' | base64 --decode
# Hello, World!

macOS 上使用 base64 -D 代替 --decode。

Base64URL：URL 安全变体

标准 Base64 使用的 + 和 / 在 URL 中有特殊含义。Base64URL 做了替换：

标准 Base64Base64URL
+-
/_
= 填充省略（可选）

JWT 使用 Base64URL。如果你看到 eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJ1c2VyIn0.xxx 这样的 JWT，每个 . 分隔的部分都是 Base64URL 编码的字符串。

空间开销

Base64 将数据体积增加约 33%（3 字节变成 4 个字符）。对于大文件——图片、视频——这个开销不可忽视。能直接引用 URL 或直接传输二进制的场景，不要用 Base64。

原始大小Base64 大小
1 KB~1.37 KB
1 MB~1.37 MB
10 MB~13.7 MB

不该用 Base64 的场景

  • 文件下载 — 直接提供文件；Base64 放进 JSON 是浪费
  • 密码 — Base64 不是加密；应使用正确的哈希（bcrypt、argon2）
  • 大型二进制传输 — 优先使用 multipart form data 或二进制协议

总结

任务方法
快速编码/解码ZeroTool Base64 工具
浏览器 JSbtoa() / atob()
Node.jsBuffer.from(...).toString('base64')
Pythonbase64.b64encode() / base64.b64decode()
命令行base64 / base64 --decode
URL 安全变体Base64URL（用 - 和 _ 替换 + 和 /）

Base64 是开发者工具箱中的基础技能——了解何时以及如何使用它，可以避免 API、认证头和数据管道中的隐蔽 bug。