【Java小工匠聊密码学】--base58编码

1、Base58编码概述

1.1 什么是Base58编码？

Base58是比特币的一种特殊编码方式，主要用于产生比特币钱包地址。相比Base64，Base58不使用数字"0"，字母大写"O"，字母大写"I"，和字母小写"l"，以及"+"和"/"符号。

1.2 Base58的设计目的？

Base58编码，为比特币比特币钱包地址设计的。
（1）避免混淆，在某些字体下，数字0和字母大写O，以及字母大写I和字母小写l会非常相似。
（2）Base64编码中包含"+"和"/"，非字母或数字的字符串作为帐号较难被接受。
（3） 在邮件系统中，使用字符和数字的组合，不容易换行。
（4）双击可以选中整个字符串。

1.3 Base58编码表

1.4 Base58编码原理

Base58编码实际上是58进制，和2进制、8进制、16进制是一样的道理，只是用58作为进制的单位了，正好和58个不容易混淆的字符对应。

1.5 Base58Check

二进制数据的传输过程中，为了防止数据传输的错误，保护数据安全，通常会加一个校验码。通过校验码的配合可以发现数据是否被破坏或者是否在发送时输入错误了。Base58Check就是Base58加上校验码，或者可以说是Base58的一种编码形式，在比特币系统中生成钱包地址的时候就使用到了这种编码形式。

2、Base58编码实现

2.1 比特币Base58

比特币中的Base58编码，不是纯正的Base58，包含一部分比特币地址规范，例如前导0的处理。

package lzf.cipher.jdk;

import java.util.Arrays;

/**
 * 复制比特币源码，去掉与Base58编码无关功能
 * 
 * @author java小工匠
 */
public class Base58 {
    // Bsae58 编码表
    public static final char[] ALPHABET = "123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz".toCharArray();
    private static final char ENCODED_ZERO = ALPHABET[0];
    private static final int[] INDEXES = new int[128];
    static {
        Arrays.fill(INDEXES, -1);
        for (int i = 0; i < ALPHABET.length; i++) {
            INDEXES[ALPHABET[i]] = i;
        }
    }

    // Base58 编码
    public static String encode(byte[] input) {
        if (input.length == 0) {
            return "";
        }
        // 统计前导0
        int zeros = 0;
        while (zeros < input.length && input[zeros] == 0) {
            ++zeros;
        }
        // 复制一份进行修改
        input = Arrays.copyOf(input, input.length);
        // 最大编码数据长度
        char[] encoded = new char[input.length * 2];
        int outputStart = encoded.length;
        // Base58编码正式开始
        for (int inputStart = zeros; inputStart < input.length;) {
            encoded[--outputStart] = ALPHABET[divmod(input, inputStart, 256, 58)];
            if (input[inputStart] == 0) {
                ++inputStart;
            }
        }
        // 输出结果中有0,去掉输出结果的前端0
        while (outputStart < encoded.length && encoded[outputStart] == ENCODED_ZERO) {
            ++outputStart;
        }
        // 处理前导0
        while (--zeros >= 0) {
            encoded[--outputStart] = ENCODED_ZERO;
        }
        // 返回Base58
        return new String(encoded, outputStart, encoded.length - outputStart);
    }

    public static byte[] decode(String input) {
        if (input.length() == 0) {
            return new byte[0];
        }
        // 将BASE58编码的ASCII字符转换为BASE58字节序列
        byte[] input58 = new byte[input.length()];
        for (int i = 0; i < input.length(); ++i) {
            char c = input.charAt(i);
            int digit = c < 128 ? INDEXES[c] : -1;
            if (digit < 0) {
                String msg = "Invalid characters,c=" + c;
                throw new RuntimeException(msg);
            }
            input58[i] = (byte) digit;
        }
        // 统计前导0
        int zeros = 0;
        while (zeros < input58.length && input58[zeros] == 0) {
            ++zeros;
        }
        // Base58 编码转 字节序（256进制）编码
        byte[] decoded = new byte[input.length()];
        int outputStart = decoded.length;
        for (int inputStart = zeros; inputStart < input58.length;) {
            decoded[--outputStart] = divmod(input58, inputStart, 58, 256);
            if (input58[inputStart] == 0) {
                ++inputStart;
            }
        }
        // 忽略在计算过程中添加的额外超前零点。
        while (outputStart < decoded.length && decoded[outputStart] == 0) {
            ++outputStart;
        }
        // 返回原始的字节数据
        return Arrays.copyOfRange(decoded, outputStart - zeros, decoded.length);
    }

    // 进制转换代码
    private static byte divmod(byte[] number, int firstDigit, int base, int divisor) {
        int remainder = 0;
        for (int i = firstDigit; i < number.length; i++) {
            int digit = (int) number[i] & 0xFF;
            int temp = remainder * base + digit;
            number[i] = (byte) (temp / divisor);
            remainder = temp % divisor;
        }
        return (byte) remainder;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = new byte[] {0,0,58,0,0,59};
        String dataStr = Base58.encode(data);
        System.out.println("Base58编码后:"+dataStr);
        byte[] ndata = Base58.decode(dataStr);
        for (byte b : ndata) {
            System.out.println(b);
        }
    }
}

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