如何在Python中将长整型编码为Base64？

Question

在Java中，我可以把一个BigInteger编码成：

java.math.BigInteger bi = new java.math.BigInteger("65537L");
String encoded = Base64.encodeBytes(bi.toByteArray(), Base64.ENCODE|Base64.DONT_GUNZIP);

// result: 65537L encodes as "AQAB" in Base64

byte[] decoded = Base64.decode(encoded, Base64.DECODE|Base64.DONT_GUNZIP);
java.math.BigInteger back = new java.math.BigInteger(decoded);

在C#中：

System.Numerics.BigInteger bi = new System.Numerics.BigInteger("65537L");
string encoded = Convert.ToBase64(bi);
byte[] decoded = Convert.FromBase64String(encoded);
System.Numerics.BigInteger back = new System.Numerics.BigInteger(decoded);

我该如何在Python中把长整型数字编码成Base64格式的字符串呢？到目前为止，我尝试的结果和其他语言（比如Java和C#）的实现不一样，特别是我得到的Base64编码字符串长度更长。

import struct
encoded = struct.pack('I', (1<<16)+1).encode('base64')[:-1]
# produces a longer string, 'AQABAA==' instead of the expected 'AQAB'

当我使用这段Python代码生成Base64编码字符串时，结果在Java中解码后得到的整数是16777472，而不是我预期的65537。首先，我漏掉了什么呢？

其次，我需要手动弄清楚在struct.pack中使用什么样的长度格式；如果我想编码一个很大的数字（大于(1<<64)-1），那么'Q'格式说明符就太短了，无法表示这个数字。这是否意味着我需要手动处理这个表示，还是说struct.pack函数有一个未记录的格式说明符？（我并不一定要使用struct，但乍一看它似乎能满足我的需求。）

Answer 1

这有点晚了，不过我想我也来凑个热闹：

def inttob64(n):                                                              
    """                                                                       
    Given an integer returns the base64 encoded version of it (no trailing ==)
    """
    parts = []                                                                
    while n:                                                                  
        parts.insert(0,n & limit)                                             
        n >>= 32                                                              
    data = struct.pack('>' + 'L'*len(parts),*parts)                           
    s = base64.urlsafe_b64encode(data).rstrip('=')                            
    return s                                                                  

def b64toint(s):                                                              
    """                                                                       
    Given a string with a base64 encoded value, return the integer representation
    of it                                                                     
    """                                                                       
    data = base64.urlsafe_b64decode(s + '==')                                 
    n = 0                                                                     
    while data:                                                               
        n <<= 32                                                              
        (toor,) = struct.unpack('>L',data[:4])                                
        n |= toor & 0xffffffff                                                
        data = data[4:]                                                       
    return n

这些函数可以把任意大小的长数字转换成大端格式的 base64 表示，或者从 base64 表示转换回来。

Answer 2

可以看看这个页面，里面讲的是如何把整数转换成base64格式，网址是这里。

import base64
import struct

def encode(n):
    data = struct.pack('<Q', n).rstrip('\x00')
    if len(data)==0:
        data = '\x00'
    s = base64.urlsafe_b64encode(data).rstrip('=')
    return s

def decode(s):
    data = base64.urlsafe_b64decode(s + '==')
    n = struct.unpack('<Q', data + '\x00'* (8-len(data)) )
    return n[0]

Answer 3

struct模块：

… 这个模块可以在Python值和用Python字符串表示的C结构之间进行转换。

因为C语言没有无限长度的整数，所以它没有处理这些整数的功能。

不过，自己写一个其实很简单。例如：

def pack_bigint(i):
    b = bytearray()
    while i:
        b.append(i & 0xFF)
        i >>= 8
    return b

或者：

def pack_bigint(i):
    bl = (i.bit_length() + 7) // 8
    fmt = '<{}B'.format(bl)
    # ...

还有其他类似的方式。

当然，你还需要一个unpack函数，就像评论里jbatista提到的那样：

def unpack_bigint(b):
    b = bytearray(b) # in case you're passing in a bytes/str
    return sum((1 << (bi*8)) * bb for (bi, bb) in enumerate(b))