base64 인코딩/디코딩 함수의 특징

 

PHP 프로그램을 작성하시는 분들께서는 base64 인코딩/디코딩을 상당히 자주 사용하실 것이라고 생각됩니다.
URL 을 만들어야 하거나, MIME 타입 정의 할 때도 사용하고, 데이터베이스 및 파일에 암호화된 문자열을 넣어야 할 때도 쓰이지요. 혹은 소켓 통신 할때도 사용되구요.

하지만, 대부분의 개발자는 base64 인코딩/디코딩에 대해서 얼마나 이해하고 있을까요?
※ 넌 아냐? 글쓰는 이유를 합리화하고 있다. ㅡㅡ;
그래서, base64 인코딩/디코딩에 대한 심도 깊은(?) 공부를 해보기 위하여 간략한 테스트 프로그램을 작성해 보았습니다.

위에 표기된 예제 프로그램은 $string 변수에 할당된 문자열을 base64_encode 함수로 인코딩하고, 인코딩된 문자열이 할당된 $encode 변수를 두 가지 방식으로 디코딩하는 매우 간단한 프로그램(?) 입니다.

이 프로그램에서 $original 에 할당된 원문 문자열의 길이를 `a` 에서부터 `abcdefghijklmnopqrstuvwxyz` 까지 늘려가며 테스트를 진행한 결과, 다음과 같은 재미있는 – 정말 재미있는거 맞지? – 사실을 확인 할 수 있었습니다.

1. base64_encode 함수로 인코딩된 문자열은 인수로 전달된 문자열의 길이 수와 비례하여 늘어난다.
2. `인코딩 문자열의 byte = ( 인수 문자열의 byte / 3 )  * 4` 공식이 성립된다.
       ※ 단, 괄호 안의 값이 소수점이 나오면 올림하여 계산한다.
3. base64_encode 함수의 결과로 반환된 문자열의 `=` 문자는 자리 수 채우기 위한 용도다.
4. base64_encode 함수의 결과 문자열에서 `=` 문자를 제거해도, 디코딩에는 영향을 주지 않는다.
5. base64 함수는 한, 영, 특수문자 구분 없이 byte 로 계산된다.

확인된 사실을 목록으로 표현해보니… 완전히, 꿀꿀한게 학습 분위기만 풀풀 나는군요. ^^;
그럼, 좀 더 쉽게 이해하기 위해서 위의 예제 소스를 기반으로 이야기를 계속해 보겠습니다.
※ 고마해라~ 다 안다. 굳이 필요치 않다니까!

base64_encode 함수의 인수를 `a` 부터 `abcdef` 까지, 글자 수를 늘려가며 테스트 해본 결과는 다음과 같습니다.

 

위 실행 결과에서 확인된 바와 같이, `abc` 와 `abcdef` 를 인수로 전달한 경우를 제외하면, base64_encode 함수의 결과 문자열에는 항상 `=` 문자가 붙어 있습니다. 즉, base64_encode 함수는 인수의 문자열 길이(byte) 값이 3 으로 나누어 떨어질 때를 제외하면 모든 결과 문자열에는 `=` 문자가 붙는 것을 알 수 있습니다.

또한, base64_encode 함수의 결과 문자열은 인수로 전달된 문자열의 길이(byte)에 상관없이 언제나 4로 나누어 집니다.

왜 이런 결과가 나오는 걸까요?
※ 월래리!? 독자에게 질문질이냐??

base64 인코딩/디코딩 함수는 함수 이름에도 포함되어 있듯이, 인수로 전달된 문자열을 64bit 로 인코딩/디코딩하여 결과를 반환합니다. 즉, base64_encode 함수는 현재 시스템에서 사용하는 2진수 데이터를 64진수 데이터로 변경해서 표현하겠다는 의미입니다.
※ 64bit = 2 ^ 6

보편적으로 컴퓨터는 byte 라고 하여 8bit 를 기준으로 데이터를 표현하는 것이 일반적 – byte 에 대한 숨은 이야기도 꽤 재미(?) 있습니다 – 입니다. 즉, 64bit 는 2bit 의 6 제곱이므로, 8bit 로 표현된 데이터를 6bit 로 바꿔서 표현하게 됩니다.

먼저, 8bit 로 구성된 문자열 `abc` 를 8bit 2진 문자열로 변환하면 `0110 0001 0110 0010 0110 0011` 이 됩니다.
이 값을 6bit 로 구분지어 각각의 값(10진수로 변환한 값)과 일치하는 base64 문자셋으로 변경하면 6bit 문자열이 완성됩니다.

여기서, base64 문자셋이란 a~z, A~Z, 0~9, +, / 로 이뤄진 문자코드 표로 각 문자의 10진 수 값은 다음과 같습니다.

그러나, 만약에 8bit 2진 문자열이 6bit 로 나누어지지 않고 남는다면 어떻게 될까요?

base64 인코딩은 24bit 단위로 나누어서 수행됩니다. 즉, 인코딩 대상 문자열을 3byte 씩 나누어서 인코딩을 하게 됩니다. 그러므로, 남는 비트가 생기면 나머지 값을 모두 0 으로 채워 넣게 됩니다.