개념#

Base64는 바이너리 데이터를 텍스트로 표현하기 위한 인코딩 방식입니다. Base64는 64진법을 의미하는데, 이는 6비트($2^6$)를 한 묶음으로 하여 표현할 수 있는 경우의 수가 64가지이기 때문에 붙은 이름입니다. Base64 인코딩 과정에서는 원본 데이터 비트를 6비트씩 잘라 각각 0부터 63 사이의 값으로 보고 해당 값에 대응하는 미리 정의된 문자로 치환합니다. 이렇게 하면 바이너리 데이터가 사람이 읽을 수 있는 ASCII 문자들로만 이루어진 문자열로 변환되어 텍스트 전용 환경에서 안정적으로 데이터를 전송하거나 저장할 수 있게 됩니다.

Base64 인코딩은 64개의 특정 ASCII 문자만으로 구성됩니다.

• A-Z(0-25), a-z(26-51)
• 0-9(52-61)
• +(62), /(63)

이 64개 문자가 각각 6비트 값(0~63)에 대응되며 이들로만 이루어진 문자열이 Base64 인코딩 결과가 됩니다. 추가로 = 기호가 등장하는데, =는 실제 데이터가 아니며 인코딩 결과 끝을 채우는 패딩(padding) 용도로 사용됩니다. (패딩에 대해서는 뒤에서 자세히 설명)

도입 배경#

그렇다면 왜 Base64가 등장한 것일까요? Base64가 등장한 배경에는 네트워크 통신 환경의 제약이 있습니다. 초기 인터넷 주요 프로토콜(STMP)은 영어 문자(7비트 ASCII)만을 안전하게 전송할 수 있도록 만들어졌습니다. 이 때문에 한글과 같은 비ASCII 문자는 물론이고, 이미지나 동영상, 실행파일과 같은 바이너리 데이터를 그대로 전송할 수 없는 문제가 있었습니다. 이러한 제약을 해결하기 위해 MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions) 표준이 도입되었고, 여기서 바이너리 데이터를 텍스트로 변환하는 인코딩 방식의 하나로 Base64가 정의되었습니다. Base64와 기존의 표현 방식인 16진수 인코딩과 다른 점은 효율성과 사용 문자 수입니다. 16진수 인코딩은 한 바이트($2^8$)를 두 개의 16진수 문자($2^4$)로 나타내므로 데이터의 크기를 100% 증가시킵니다. 반면 Base64는 3바이트($2^{24}$)를 4개의 64진수 문자($2^6$)로 표현하므로 데이터의 크기를 약 33%배 증가시킵니다. 이처럼 초기 통신 환경의 한계를 극복하기 위한 해결책으로 탄생한 Base64는, 단순히 데이터 크기를 줄이는 것뿐만 아니라 안정적인 데이터 전송을 가능하게 했습니다. 이제 Base64 인코딩이 실제로 어떻게 작동하는지, 그 원리를 자세히 알아보겠습니다.

동작 원리#

Base64 인코딩 과정은 다음과 같이 이루어집니다.

1. 3바이트(24비트) 단위로 그룹화
2. 6비트씩 4개로 분할
3. Base64 문자로 매핑
4. 남은 데이터 처리 및 패딩

import base64

data = "Hello, Base64!"
encoded = base64.b64encode(data.encode('utf-8'))
print(encoded)           # 출력: b'SGVsbG8sIEJhc2U2NCE='
print(encoded.decode())  # 출력: SGVsbG8sIEJhc2U2NCE=

decoded_bytes = base64.b64decode(encoded)
decoded_str = decoded_bytes.decode('utf-8')
print(decoded_str)      # 출력: Hello, Base64!