Alles ueber Base64-Kodierung

"Wie sende ich dieses Bild ueber API?" "Wie fuege ich diese Binaerdaten in JSON ein?"

Die Antwort ist Base64.

Diese Anleitung deckt alles ab, von Base64-Prinzipien bis zu praktischen Anwendungen.

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Was ist Base64?

Base64 ist eine Kodierungsmethode, die Binaerdaten in Text umwandelt.

Warum wird es benoetigt?

Merkmale

• 64 Zeichen verwendet: A-Z, a-z, 0-9, +, / (Standard)
• Groessenzunahme: Etwa 33% groesser als Original
• Umkehrbar: Kodierung <-> Dekodierung mit perfekter Wiederherstellung
• Keine Verschluesselung: Jeder kann dekodieren

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Wie Base64 funktioniert

Kodierungsprozess

Original-String: "Man"

1. ASCII-Konvertierung
   M = 77 = 01001101
   a = 97 = 01100001
   n = 110 = 01101110

2. In 6-Bit-Chunks aufteilen
   010011 | 010110 | 000101 | 101110
      19  |   22   |    5   |   46

3. In Base64-Zeichen konvertieren (A=0, B=1, ... Z=25, a=26, ...)
   19 = T
   22 = W
   5  = F
   46 = u

Ergebnis: "TWFu"

Base64-Zeichentabelle

Index: Zeichen
0-25:   A-Z
26-51:  a-z
52-61:  0-9
62:     +
63:     /
Padding:   =

Padding (=)

Wenn Originallaenge nicht durch 3 teilbar ist, Padding hinzufuegen

"M"   -> "TQ=="  (2 Padding)
"Ma"  -> "TWE="  (1 Padding)
"Man" -> "TWFu"  (kein Padding)

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Sprachspezifische Implementierung

JavaScript (Browser)

// Kodierung
const encoded = btoa('Hello, World!');
console.log(encoded); // "SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="

// Dekodierung
const decoded = atob('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==');
console.log(decoded); // "Hello, World!"

// Unicode-Behandlung (Nicht-ASCII-Zeichen)
function encodeUnicode(str) {
  return btoa(encodeURIComponent(str).replace(
    /%([0-9A-F]{2})/g,
    (_, p1) => String.fromCharCode(parseInt(p1, 16))
  ));
}

function decodeUnicode(str) {
  return decodeURIComponent(
    Array.from(atob(str), c =>
      '%' + c.charCodeAt(0).toString(16).padStart(2, '0')
    ).join('')
  );
}

// Unicode-Test
const text = 'Hallo Welt';
const encodedText = encodeUnicode(text);
console.log(encodedText);
console.log(decodeUnicode(encodedText)); // "Hallo Welt"

Node.js

// Mit Buffer
const encoded = Buffer.from('Hello, World!').toString('base64');
console.log(encoded); // "SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="

const decoded = Buffer.from('SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==', 'base64').toString('utf-8');
console.log(decoded); // "Hello, World!"

// Datei kodieren
const fs = require('fs');

const imageBuffer = fs.readFileSync('image.png');
const base64Image = imageBuffer.toString('base64');
console.log(base64Image.substring(0, 50) + '...');

Python

import base64

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

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

# Unicode
text = 'Hallo Welt'
encoded_text = base64.b64encode(text.encode('utf-8')).decode('utf-8')
print(encoded_text)

# Datei kodieren
with open('image.png', 'rb') as f:
    base64_image = base64.b64encode(f.read()).decode('utf-8')

Go

package main

import (
    "encoding/base64"
    "fmt"
)

func main() {
    // Kodierung
    data := "Hello, World!"
    encoded := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(data))
    fmt.Println(encoded) // "SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="

    // Dekodierung
    decoded, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(encoded)
    fmt.Println(string(decoded)) // "Hello, World!"

    // URL-sicheres Base64
    urlSafe := base64.URLEncoding.EncodeToString([]byte(data))
    fmt.Println(urlSafe)
}

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Praktische Anwendungen

1. Inline-Bildeinbettung (Data URL)

<!-- Bild direkt in HTML einbetten -->
<img src="data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABCAYAAAAfFcSJAAAADUlEQVR42mNk+M9QDwADhgGAWjR9awAAAABJRU5ErkJggg==" alt="1x1 red pixel">

// Datei -> Base64 Data URL
function fileToDataUrl(file) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const reader = new FileReader();
    reader.onload = () => resolve(reader.result);
    reader.onerror = reject;
    reader.readAsDataURL(file);
  });
}

// Verwendung
const file = document.getElementById('fileInput').files[0];
const dataUrl = await fileToDataUrl(file);
document.getElementById('preview').src = dataUrl;

2. Bilder ueber API senden

// Client
async function uploadImage(file) {
  const base64 = await fileToBase64(file);

  const response = await fetch('/api/upload', {
    method: 'POST',
    headers: { 'Content-Type': 'application/json' },
    body: JSON.stringify({
      filename: file.name,
      contentType: file.type,
      data: base64,
    }),
  });

  return response.json();
}

function fileToBase64(file) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const reader = new FileReader();
    reader.onload = () => {
      // data:image/png;base64, Praefix entfernen
      const base64 = reader.result.split(',')[1];
      resolve(base64);
    };
    reader.onerror = reject;
    reader.readAsDataURL(file);
  });
}

// Server (Node.js)
app.post('/api/upload', (req, res) => {
  const { filename, contentType, data } = req.body;

  // Base64 -> Buffer -> Datei speichern
  const buffer = Buffer.from(data, 'base64');
  fs.writeFileSync(`uploads/${filename}`, buffer);

  res.json({ success: true, filename });
});

3. JWT-Tokens

// JWT = Header.Payload.Signature (jeweils Base64URL-kodiert)

const token = 'eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c';

// Payload dekodieren
const payload = token.split('.')[1];
const decoded = JSON.parse(atob(payload));
console.log(decoded);
// { sub: "1234567890", name: "John Doe", iat: 1516239022 }

4. Basic-Authentifizierung

// HTTP Basic Authentication
const username = 'user';
const password = 'password';

const credentials = btoa(`${username}:${password}`);

fetch('/api/protected', {
  headers: {
    'Authorization': `Basic ${credentials}`,
  },
});

// Header: Authorization: Basic dXNlcjpwYXNzd29yZA==

5. E-Mail-Anhaenge (MIME)

Content-Type: application/pdf
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-Disposition: attachment; filename="document.pdf"

JVBERi0xLjQKMSAwIG9iago8PAovVHlwZSAvQ2F0YWxvZwovUGFnZXMgMiAwIFIK
Pj4KZW5kb2JqCjIgMCBvYmoKPDwKL1R5cGUgL1BhZ2VzCi9LaWRzIFszIDAgUl0K
...

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Base64-Varianten

URL-sicheres Base64

// URL-sichere Kodierung
function toUrlSafeBase64(str) {
  return btoa(str)
    .replace(/\+/g, '-')
    .replace(/\//g, '_')
    .replace(/=/g, '');
}

// URL-sichere Dekodierung
function fromUrlSafeBase64(str) {
  // Padding wiederherstellen
  const pad = str.length % 4;
  const padded = pad ? str + '='.repeat(4 - pad) : str;

  return atob(
    padded
      .replace(/-/g, '+')
      .replace(/_/g, '/')
  );
}

Base64 vs Base32 vs Base16

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Vorsichtsmassnahmen

1. Keine Verschluesselung

// NICHT fuer Sicherheit verwenden
const password = btoa('mySecretPassword');
// Jeder kann mit atob() wiederherstellen!

// Wenn noetig, zuerst verschluesseln, dann Base64
const encrypted = await encryptAES(data, key);
const encoded = btoa(encrypted);

2. Groessenzunahme

// Original: 1MB Bild
// Base64: ~1.33MB (33% Zunahme)

// Fuer grosse Dateien ist direkter Upload effizienter
// FormData + multipart/form-data verwenden

3. Unicode-Behandlung

// Browser btoa() unterstuetzt nur Latin-1
btoa('Sonderzeichen'); // Funktioniert
// Nicht-ASCII braucht spezielle Behandlung

// Unicode-Behandlung erforderlich
function encodeUnicode(str) {
  return btoa(unescape(encodeURIComponent(str)));
}

4. Zeilenumbrueche

// Einige Systeme fuegen alle 76 Zeichen Zeilenumbrueche hinzu
// MIME-Standard: 76 Zeichen Zeilenumbrueche

// Zeilenumbrueche entfernen
const cleaned = base64String.replace(/[\r\n]/g, '');

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Leistungsoptimierung

Streaming-Kodierung

// Grosse Dateien in Chunks verarbeiten
async function* encodeFileInChunks(file, chunkSize = 1024 * 1024) {
  const reader = file.stream().getReader();

  while (true) {
    const { done, value } = await reader.read();
    if (done) break;

    // Jeden Chunk in Base64 kodieren
    yield Buffer.from(value).toString('base64');
  }
}

Web Worker verwenden

// worker.js
self.onmessage = function(e) {
  const { action, data } = e.data;

  if (action === 'encode') {
    const result = btoa(data);
    self.postMessage({ result });
  }
};

// main.js
const worker = new Worker('worker.js');
worker.postMessage({ action: 'encode', data: largeString });
worker.onmessage = (e) => console.log(e.data.result);

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Debugging-Tools

Base64 Encoder/Decoder

1. Text oder Datei eingeben
2. Kodieren/Dekodieren-Button klicken
3. Ergebnis kopieren

CLI

# Kodierung
echo -n "Hello, World!" | base64
# SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

# Dekodierung
echo "SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==" | base64 -d
# Hello, World!

# Datei kodieren
base64 image.png > image.txt

# Datei dekodieren
base64 -d image.txt > restored.png

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Haeufig gestellte Fragen

F1: Warum vergroessert Base64 um 33%?

A: Weil 3 Bytes (24 Bits) als 4 Zeichen (4x6=24 Bits) dargestellt werden.

• 3 Bytes -> 4 Zeichen
• Zunahme: (4-3)/3 = 33%

F2: Warum wird Padding (=) benoetigt?

A: Der Decoder braucht es, um die Originallaenge zu kennen. Die Anzahl der Padding-Zeichen zeigt die Anzahl der Bytes in der letzten Gruppe an.

F3: Wann sollte ich Base64URL verwenden?

A: Bei Verwendung in URLs oder Dateinamen. Standard-Base64s + und / haben in URLs besondere Bedeutung, daher werden sie durch - und _ ersetzt.

F4: Was sind die Vor- und Nachteile von Inline-Bildeinbettung?

A:

• Vorteile: Weniger HTTP-Anfragen, vereinfachtes Caching
• Nachteile: Groessere HTML-Groesse, kein individuelles Bild-Caching
• Empfehlung: Nur fuer kleine Icons (unter 2KB) verwenden

F5: Wie pruefe ich, ob ein String gueltiges Base64 ist?

A: Regex fuer Formatvalidierung verwenden, dann Dekodierung versuchen:

function isBase64(str) {
  const regex = /^[A-Za-z0-9+/]*={0,2}$/;
  if (!regex.test(str)) return false;

  try {
    atob(str);
    return true;
  } catch {
    return false;
  }
}

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Fazit

Base64-Kernpunkte:

1. Zweck: Binaer -> Text-Konvertierung
2. Groesse: 33% groesser als Original
3. Sicherheit: Keine Verschluesselung (jeder kann dekodieren)
4. Varianten: URL-sicher verwendet - und _
5. Anwendungen: Data URL, JWT, Basic Auth, MIME

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