Base64の概要と仕組み

Base64とは

Base64は、バイナリデータをテキスト形式に変換するための効率的な仕組みである。

1. 基本的な特徴

• 6ビット単位でのデータ処理
• 64種類の文字セットを使用（A-Z, a-z, 0-9, +, /）
• ASCII文字の範囲内で安全な処理が可能

2. 文字セットの構成

• 英大文字（A-Z）: 26文字
• 英小文字（a-z）: 26文字
• 数字（0-9）: 10文字
• 記号（+ と /）: 2文字
• パディング文字（=）: 補完用

Base64変換対応表

バイナリ	文字	バイナリ	文字	バイナリ	文字	バイナリ	文字
000000	A	010000	Q	100000	g	110000	w
000001	B	010001	R	100001	h	110001	x
000010	C	010010	S	100010	i	110010	y
000011	D	010011	T	100011	j	110011	z
000100	E	010100	U	100100	k	110100	0
000101	F	010101	V	100101	l	110101	1
000110	G	010110	W	100110	m	110110	2
000111	H	010111	X	100111	n	110111	3
001000	I	011000	Y	101000	o	111000	4
001001	J	011001	Z	101001	p	111001	5
001010	K	011010	a	101010	q	111010	6
001011	L	011011	b	101011	r	111011	7
001100	M	011100	c	101100	s	111100	8
001101	N	011101	d	101101	t	111101	9
001110	O	011110	e	101110	u	111110	+
001111	P	011111	f	101111	v	111111	/

3. 変換プロセス

Base64変換の基本プロセス：

1. 入力データのバイト列への変換
2. バイト列の2進数（8ビット）表現への変換
3. 2進数データの6ビット単位への分割
4. パディング処理（必要な場合）
5. 6ビット値のBase64文字へのマッピング
6. パディング文字（=）の追加（必要な場合）

具体例："Logto"の変換プロセス

4. データ変換の効率性

• データ量増加の抑制
  • 3バイトのデータを4文字に変換する仕組みによる約33%の増加率
  • 例：「abc」（3文字）→「YWJj」（4文字）
• 他方式との効率性比較
  • 16進数変換ではデータ量が2倍（100%増加）となる
    • 例：「abc」（3文字）→「616263」（6文字）
  • 6ビット単位の変換による増加率の抑制

5. 主な用途

• 電子メール（MIME）添付ファイル
• JSON/XMLのバイナリデータ埋め込み
• URLパラメータでのデータ転送
• JWT（JSON Web Token）

6. 利点

• 全環境での安全な利用
• 制御文字の排除
• 印刷可能文字のみの使用
• 各種プロトコルとの高い互換性