Base32とは

ご無沙汰しております。

最近多忙で更新できていませんでした。

なにをしていたかと言うと、

LCNEMの法人登記
LCNEMの銀行口座開設
LCNEMウォレットの開発

とかですね。

LCNEMウォレットはAndroid版の開発を進めていたんですが、iOSとAndroidそれぞれの保守をするとコストがかかるという理由で、Web版のみ公開することにしました。

今はAngular使ってWeb版開発してます。

AngularどころかTypeScriptすら今まで使ったこと無かったんですが、ここまでくるのに2日かかりませんでした。

さて脱線しましたが、今日はBase32の話をします。

Base32とは32種類の英数字のみを用いて、バイナリデータやマルチバイト文字を表すためのエンコード方式です。

RFC4648

Base32は、例えばNEMブロックチェーンのアドレスにも使われています。

NEMのアドレスは、以下のような手順で求めます。最後にBase32エンコードされています。

公開鍵を用意する
SHA-3(256bit)で、公開鍵のハッシュ値を求める
Ripemd(160bit)で、2.のハッシュ値を求める
3.の前にネットワークタイプを追加
SHA-3(256bit)で、4.のハッシュ値を求める
5.の前半4バイトを4.の後ろに追加する
6.をBase32でエンコードする

Base32には、アルファベットA～Zと数字2～7を使います。

似たようなエンコード方式としてBase64がありますが、以下のような違いがあります。

Base32には大文字小文字の区別がいらない
Base32にはOやIとややこしい0,1がない
Base32のほうがBase64よりも使える文字が少ないため、エンコード後のデータは大きくなる

です。ここで、1.と2.は、NEMのアドレスのように、紛らわしくてはいけないものに向いています。なのでBase32が使われているんでしょうね。

Base32の仕組み

次に仕組みを説明します。

データを5バイト=40ビットごとに区切りをつける。余りが出ても良い。
データを5ビットごとに区切りをつける。余りが出た場合、残りも5ビットになるように二進数の0を後ろに足す。
5ビットの値を10進数に変換して、対応表をもとに変換する。
2.で埋めてもなお1.に余りが出た場合、5ビットごとに=で埋めて、余りをなくす。

ちょっとよくわからないですね。わかりやすい例を挙げます。

ここに16進数表記で

01 02 03 04 05 FF FE FD

というデータがあるとします。まずこれを手順1.に従って5バイトごとに区切りましょう。

01 02 03 04 05
FF FE FD

ではこれを、2進数表記にします。

00000001 00000010 00000011 00000100 00000101
11111111 11111110 11111101

になりますね。次に手順2.に従って5ビットごとに区切ります。

00000 00100 00001 00000 00110 00001 00000 00101
11111 11111 11111 01111 1101

最後1つだけ0の余りが出てしまいました。手順2に従い、5ビットちょうどになるように0で埋めます。

00000 00100 00001 00000 00110 00001 00000 00101
11111 11111 11111 01111 11010

これを10進数表記に変えます。

0 4 1 0 6 1 0 5
31 31 31 15 26

手順3に従い、変換します。0～25が’A’～’Z’に、26～31が’2’～’7’に対応します。

A E B A G B A F
7 7 7 P 2

ここで、最後の行は、8文字になっていませんよね。これは手順1のときに余りが出たせいです。

手順4.に従い、=で埋めます。

A E B A G B A F
7 7 7 P 2 = = =

最後にこれをC#で実装したコードを載せます。↑のは確認済みです。思わぬバグあれば教えてください。。。


EncodeBase32(byte[] data)
{
    const string Base32Dictionary = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ234567";
    var length = data.Length;

    var byteParts = (int)Math.Ceiling((double)length / 5);
    var remainderBytes = length % 5;
    var bitParts = (int)Math.Ceiling((double)remainderBytes * 8 / 5);

    byte[] buffer = new byte[5 * byteParts];
    data.CopyTo(buffer, 0);

    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

    for(int i = 0; i < byteParts; i++)
    {
        UInt64 bytePart = 0;
        for (int j = 0; j < 5; j++)
        {
            bytePart |= (UInt64)buffer[5 * i + j] << (4 - j) * 8;
        }

        for (int j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (i + 1 == byteParts && remainderBytes != 0 && j >= bitParts)
            {
                stringBuilder.Append('=');
            }
            else
            {
                var index = bytePart >> (7 - j) * 5 & 0b11111;
                stringBuilder.Append(Base32Dictionary[(int)index]);
            }
        }
    }

    return stringBuilder.ToString();
}