バイナリデータの Base64 エンコーディング

Base64 エンコーディングは、任意のバイナリデータを64種類の印刷可能な ASCII 文字を使ったテキスト文字列に変換します。多くの転送プロトコル（メール、JSON、URL）は生のバイナリバイトではなくテキストのみを確実に扱えるため、Base64 が存在します。

Base64 のアルファベット:

A-Z（0-25）、a-z（26-51）、0-9（52-61）、+（62）、/（63）、パディングには = を使用。

ビットレベルでの Base64 の動作:

1. 入力の3バイト（合計24ビット）を取る
2. 6ビットずつ4グループに分割
3. 各6ビット値を Base64 アルファベットの文字に対応付け

ステップごとの例 --- "Hi" をエンコード:

1. ASCII 値: H=72, i=105
2. 2進数: 01001000 01101001
3. 6ビットの倍数にゼロパディング追加: 01001000 01101001 00000000
4. 6ビットグループに分割: 010010 000110 100100 000000
5. Base64 インデックスに変換: 18, 6, 36, 0
6. 文字を参照: S, G, k, A
7. 入力が2バイト（3バイトではない）のため、パディング文字 = を1つ追加

結果: "SGk="

なぜ6ビットなのか?

64 = 2⁶ なので、6ビットで 0-63 の値を表現でき、64文字のアルファベットに完全に対応します。3バイトの入力（24ビット）は4つの6ビットグループに均等に分割されるため、Base64 は3バイト単位でデータを処理します。

33% のサイズ増加:

Base64 は入力の3バイトごとに4文字の出力に変換するため、33% のサイズ増加が発生します。これはバイナリデータをテキストとして表現するための避けられないコストです。

パディングルール:

• 3バイトの入力 -> 4つの Base64 文字（パディングなし）
• 2バイトの入力 -> 3つの Base64 文字 + =
• 1バイトの入力 -> 2つの Base64 文字 + ==

URL セーフ Base64: URL の特殊文字との衝突を避けるため、+ を - に、/ を _ に置き換えます。JWT、データ URI、URL パラメータで使用されます。