베이스64

3. 작동 원리

베이스64는 MIME에서 정의하며, 임의의 바이트 스트림을 ASCII 문자들로 바꾸는 인코딩 방식이다. 주로 인터넷 전자 메일 전송 시 MIME의 content transfer encoding의 하나로 사용된다.^[25]

베이스64는 원본 데이터를 6비트씩 자른 후, 각 6비트 값을 아래 표에 있는 64개의 ASCII 문자로 변환한다.

원본 데이터가 6비트의 배수가 아니라면, 끝에 0을 추가하여 6비트로 만든다. 그리고 결과가 4글자의 배수가 되도록 `=` (패딩) 문자를 추가한다.

Base64 인코딩은 이진 데이터를 ASCII 문자로 인코딩하여, 텍스트만 처리할 수 있는 시스템에서도 데이터를 안정적으로 전송하기 위해 사용된다. 인코딩 결과물은 원본보다 대략 4/3 정도 크기가 늘어나며, 의미 없어 보이는 문자열이 나열된 형태가 된다.

3. 1. 변환 예시

위 표는 첫 단어인 `Man`을 Base64로 변환하는 과정을 나타낸다.

• Text content: 원본 문자열 "Man"의 각 문자를 나타낸다.
• ASCII: 각 문자에 해당하는 ASCII 코드값 (10진수)을 나타낸다.
• Bit pattern: 각 ASCII 코드값의 8비트 이진수 표현을 나타낸다.
• Index: 24비트 버퍼에 3바이트(24비트)를 채운 후, 앞에서부터 6비트씩 잘라 얻은 값을 나타낸다.
• Base64-Encoded: 각 6비트 인덱스에 해당하는 Base64 문자^[25]를 나타낸다. Base64는 64개의 문자(`A-Za-z0-9+/`)를 사용한다.

`=` 패딩 문자는 마지막 인코딩 블록이 네 개의 Base64 문자를 포함하도록 추가될 수 있다.

유효한 입력 옥텟이 두 개뿐인 경우 (예: 'Ma') 또는 마지막 입력 그룹에 옥텟이 두 개만 포함된 경우, 16비트가 모두 처음 세 개의 Base64 숫자 (18비트)로 캡처된다. 마지막 내용 포함 6비트 블록의 두 개의 최소 유효 비트는 0이 되어 디코딩 시 (후속 `=` 패딩 문자와 함께) 폐기된다.

유효한 입력 옥텟이 하나만 있는 경우 (예: 'M') 또는 마지막 입력 그룹에 옥텟이 하나만 포함된 경우, 8비트가 모두 처음 두 개의 Base64 숫자 (12비트)로 캡처된다. 마지막 내용 포함 6비트 블록의 네 개의 최소 유효 비트는 0이 되어 디코딩 시 (후속 두 개의 `=` 패딩 문자와 함께) 폐기된다.

Base64 변환 절차는 다음과 같다.

4. RFC 문서

RFC 1421은 현재는 사용되지 않는 PEM 프로토콜에서 Base64 인코딩을 정의했다.^[4] 이 RFC에서는 대문자와 소문자 로마자(`A`–`Z`, `a`–`z`), 숫자(`0`–`9`), `+` 및 `/` 기호로 구성된 64자 문자 집합을 사용하며, `=` 기호는 패딩 접미사로 사용된다.

RFC 2045는 MIME에서 Base64 전송 인코딩을 정의한다.^[5] MIME의 Base64 인코딩은 RFC 1421 버전의 PEM을 기반으로 하며, 동일한 64자 문자 집합 및 인코딩 메커니즘을 사용하고 `=` 기호를 출력 패딩에 사용한다. MIME은 Base64로 인코딩된 줄의 최대 길이를 76자로 지정하며, 표준 64개 인코딩 문자 집합 외부의 문자는 무시해야 하지만, 대부분의 구현에서는 CR/LF 줄 바꿈 쌍을 사용하여 인코딩된 줄을 구분한다.

RFC 3548은 Base16, Base32, Base64 인코딩에 대한 RFC 1421과 RFC 2045의 내용을 통합한 정보 제공 목적의 문서이다.^[6] 이 RFC는 인코딩 알파벳 이외의 문자를 사용한 메시지 생성을 허용하지 않으며, 디코더는 인코딩 알파벳 이외의 문자가 포함된 데이터를 거부해야 한다.

RFC 4648은 RFC 3548을 대체하며, Base64, Base32, Base16 인코딩에 대해 설명한다.

RFC 4880은 OpenPGP에서 Radix-64 인코딩을 정의한다. Radix-64는 MIME에서 정의하는 Base64 인코딩과 동일하며, 추가적으로 24비트 CRC 체크섬을 포함한다.

5. 변형

Base64는 다양한 환경에 맞게 변형되어 사용된다.

• URL-safe Base64: URL에서 문제가 될 수 있는 '+'와 '/' 문자를 각각 '-', '_' 문자로 대체한다. (RFC 4648 §5) 유튜브와 같은 사이트에서 이 방식을 사용한다.^[12]
• 파일 이름-safe Base64: 파일 이름에서 문제가 될 수 있는 문자를 대체한다.
• UTF-7: Modified BASE64를 사용하여 UTF-16을 7비트 ASCII 문자로 변환한다. (RFC 2152) '=' 패딩 기호는 사용하지 않는다.
• OpenPGP: Radix-64 인코딩은 Base64와 동일하며, 추가적으로 24비트 CRC 체크섬을 포함한다. (RFC 4880)
• 기타: 정규 표현식, XML 등 특정 환경에서 사용되는 변형들이 있다.

6. 활용 사례

베이스64는 다양한 상황에서 활용될 수 있다.

• 전자 메일: SMTP 등 7비트 문자열만 주고받을 수 있는 환경에서 첨부 파일 등 바이너리 형식의 데이터를 전송할 때 표준적으로 이용된다.^[25]
• HTTP Basic 인증: 사용자 이름과 비밀번호를 콜론(`:`)으로 구분하여 Base64로 인코딩한 문자열이 사용된다.
• 전자 게시판: 이미지나 텍스트 문서를 압축한 파일 등 바이너리 데이터를 주고받기 위해 사용된다.
• 데이터 URI 스킴: 파일 내용을 Base64로 인코딩하여 표현할 수 있다. 예를 들어, 배경 이미지 및 글꼴은 별도의 파일로 제공되는 대신 `data:` URI로 CSS 스타일시트 파일에 지정할 수 있다.
• XML, HTML: 바이너리 데이터를 포함시키기 위해 사용된다. 예를 들어, Firefox의 내보낸 `bookmarks.html` 파일의 favicons.
• 자바스크립트: `atob()`, `btoa()` 메서드를 사용하여 Base64 인코딩 및 디코딩 기능을 제공한다. (HTML5)^[12]
• 암호화폐: 공개 키를 Base64로 인코딩된 텍스트 문자열로 표현하여 사용자의 지갑 소프트웨어에 쉽게 복사하여 붙여넣을 수 있다.
• 체크섬 또는 공개 키 지문: 사람이 신속하게 확인해야 하는 바이너리 데이터는 종종 쉽게 확인할 수 있도록 Base64로 표현된다.
• QR 코드: 바이너리 데이터를 포함하는 QR 코드는 때때로 원시 바이너리 데이터를 단순히 저장하는 대신 Base64로 인코딩하여 저장한다.

7. 문제점

베이스64 인코딩을 수행하면 데이터량이 크게 증가한다.^[25] 원본 데이터보다 대략 4/3 정도 크기가 늘어난다. 특히 큰 파일을 송수신할 때는 전자 메일 외의 다른 수단을 이용하는 것이 더 빠를 수 있다. 또한, 영문 텍스트에 특수 문자가 섞여 있는 경우에는 특수 문자만 인코딩하는 것이 데이터 효율이 더 좋고, 디코딩을 하지 않아도 대략적인 내용을 파악할 수 있다는 장점이 있다. (Quoted-printable 참조)

참조

_[1] 웹사이트 Base64 encoding and decoding – Web APIs https://developer.mo[...] MDN Web Docs
_[2] 웹사이트 When to base64 encode images (and when not to) https://www.davidbca[...] 2011-08-28
_[3] IETF The Base16, Base32, and Base64 Data Encodings Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[4] IETF Privacy Enhancement for InternetElectronic Mail: Part I: Message Encryption and Authentication Procedures Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[5] IETF Multipurpose Internet Mail Extensions: (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[6] IETF The Base16, Base32, and Base64 Data Encodings Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[7] conference Base64 Malleability in Practice https://eprint.iacr.[...] 2022-05-30
_[8] IETF Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[9] IETF UTF-7 A Mail-Safe Transformation Format of Unicode Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[10] IETF UTF-7 A Mail-Safe Transformation Format of Unicode Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[11] IETF OpenPGP Message Format Internet Engineering Task Force 2010-03-18
_[12] 웹사이트 Here's Why YouTube Will Practically Never Run Out of Unique Video IDs https://www.mentalfl[...] 2016-03-23
_[13] 웹사이트 7.3. Base64 utility methods https://w3c.github.i[...] World Wide Web Consortium 2018-01-02
_[14] 문서
_[15] 웹사이트 Encode PDF (Portable Document Format) File (.pdf) to Base64 Data https://base64.onlin[...] 2024-03-21
_[16] 웹사이트 Edit fiddle http://jsfiddle.net/[...]
_[17] 웹사이트 The GEDCOM Standard Release 5.5 http://homepages.roo[...] Homepages.rootsweb.ancestry.com 2012-06-21
_[18] 웹사이트 src/lib/libc/crypt/bcrypt.c r1.1 https://cvsweb.openb[...] 1997-02-13
_[19] 웹사이트 6PACK a "real time" PC to TNC protocol https://web.archive.[...] 2013-05-19
_[20] 웹사이트 Shell Arithmetic https://www.gnu.org/[...] 2020-04-08
_[21] 문서
_[22] 문서
_[23] 문서
_[24] 문서
_[25] 문서
_[26] 문서
_[27] 문서