Base64とは？仕組みとエンコードの基本をやさしく解説

2025年10月25日

その他

Base64は、バイナリデータや特殊文字を含むデータを、テキストとして安全に扱えるように変換するエンコード方式です。

メールやJSON、URLなど文字だけが想定された場面で便利に使われます。

この記事では、Base64の考え方から仕組み、具体的な手順、使いどころと注意点までを初心者向けにやさしく説明します。

Base64の基本

Base64とは何か

Base64は、0〜255の値を持つバイト列(バイナリデータ)を、64種類の決まった文字だけで表現する方法です。

3バイト(24ビット)のデータを4文字に置き換える規則により、どんなバイナリでもテキスト化できます。

これにより、テキスト前提のプロトコルやフォーマットでも安全にデータを運べるようになります。

Base64はあくまで「表現の変換」であり、意味や内容を変えません。

人間に読ませるためではなく、システム間での安全なやり取りに向いています。

エンコードとデコードの違い

エンコードは「元のバイト列」から「Base64文字列」に変換すること、デコードはその逆に戻すことです。

エンコードとデコードは可逆であり、情報は失われません。

ただし、変換前の文字列データはどの文字コード(例: UTF-8)でバイト列にしたかが結果に影響します。

なぜBase64を使うのか

ネットワークやファイル形式によっては、制御文字や非ASCII文字が扱いにくい場合があります。

Base64にしておけば、メール本文、JSON、XML、URLパラメータなど「テキストのみ安全」な場所でもバイナリを滑らかに運べます。

その代わり、データはやや長くなります。

具体例

画像やPDFなどの添付、APIでのバイナリの受け渡し、HTMLのdata URL、JWTの内部表現などが代表例です。

Base64の仕組み

3バイトを4文字にする仕組み

コンピュータは基本的にバイト(8ビット)単位でデータを扱います。

Base64では、3バイト=24ビットをまとめて、6ビットずつ4つに分け、各6ビットの値(0〜63)を文字に対応づけます。

こうして3バイトが4文字に変わります。

6ビットとは

6ビットは2の6乗で64通りの値を表せます。

これが「64文字」の由来です。

使用する文字セット

Base64で使う64文字は固定です。

数字や記号を含みますが、いずれもテキストで安全に扱える文字です。

インデックス0〜63を次の範囲に対応づけます。

範囲	文字
0〜25	A〜Z
26〜51	a〜z
52〜61	0〜9
62	+
63	/

入力の文字コードに注意

文字列をBase64化する前に、必ず文字列を特定の文字コードでバイト列にします(一般にはUTF-8)。

文字コードを間違えると、同じ文字列でも違うBase64になります。

画像などのバイナリはそのままのバイト列を使います。

パディング(=)の意味

データ長が3の倍数でない場合、最後のブロックは24ビットに満たないため、足りないビットを0で埋めたうえで、出力末尾に「=」を付けて長さの調整をします。

余りが1バイトなら「==」、2バイトなら「=」を付けます。

3バイトぴったりなら「=」は不要です。

余りのバイト数	追加パディング	備考
0	なし	3の倍数ちょうど
1	==	8ビット→実質12ビット分を0埋め
2	=	16ビット→実質8ビット分を0埋め

「=」は内容の一部ではなく、長さ合わせの印です。

URL Safe Base64の違い

URLやCookieでは「+」や「/」が特別な意味を持つため、URL Safe Base64(Base64url)では「+」を「-」、「/」を「_」に置き換えます。

また、末尾の「=」パディングを省略する実装もあります。

通常Base64	URL Safe Base64
+	–
/	_
末尾の=	省略されることがある

文字の置き換え以外の仕組みは同じです。

エンコードの流れを手順で理解

基本の流れは常に同じです。

次の順に進みます。

文字列なら文字コード(例: UTF-8)でバイト列にする。
3バイトずつ取り出す。
24ビットを6ビット×4に分割する。
6ビット値を64文字表で文字に置き換える。
余りがあれば0埋めし、末尾に「=」を付ける。

Base64のエンコード手順と例

手順1 バイト列をまとめる

入力が文字列なら、まずUTF-8などの文字コードでバイト列に変換します。

画像やPDFなどはすでにバイト列なのでそのまま使います。

手順2 6ビットごとに分割

3バイト(24ビット)をまとめ、左から6ビットずつ区切って4つのグループにします。

足りないビットは右側に0を足して24ビットにします。

手順3 64文字表に置き換え

各6ビットの数値(0〜63)を、先ほどの文字セット表で文字に変換します。

4つの6ビット値から4文字のBase64文字列が得られます。

手順4 余りはパディング(=)で調整

データの終端で3の倍数にならない場合、出力末尾に「=」または「==」を付けて、全体の文字数を4の倍数にそろえます。

例 Hello → SGVsbG8=

ここではASCIIの「Hello」をUTF-8として扱います(同じです)。

文字のバイト値は H=0x48、e=0x65、l=0x6C、l=0x6C、o=0x6F です。

前半ブロック Hel

3バイト「H e l」をまとめます。

24ビット→6ビット×4に分割して対応文字に変換します。

対象	8ビット列	6ビット区切り	10進数	Base64文字
Hel	01001000 01100101 01101100	010010 000110 010101 101100	18, 6, 21, 44	S, G, V, s

結果は「SGVs」です。

後半ブロック lo

余りは2バイト「l o」です。

24ビットに満たないため、右に0を足してから変換し、最後の1文字はパディング「=」に置き換えます。

対象	8ビット列(+0埋め)	6ビット区切り	10進数	Base64文字
lo	01101100 01101111 00000000	011011 000110 111100 000000	27, 6, 60, 0	b, G, 8, =

結果は「bG8=」になります。

結合

前半「SGVs」と後半「bG8=」を結合して、最終結果は「SGVsbG8=」です。

デコードの基本手順

デコードは逆方向です。

4文字ずつ取り、各文字を6ビット値に戻し、24ビットに結合してから8ビットごとに3バイトへ戻します。

「=」はパディングの目印なので、対応する0埋めを考慮して捨てます。

URL Safeでは「-」→「+」、「_」→「/」に戻し、必要なら足りない分の「=」を補います。

Base64の使い方と注意点

よく使う場面

メールの添付(MIME)、JSONやXMLでのバイナリ受け渡し、HTMLのdata URL、JWTのヘッダーとペイロード(Base64url)、認証ヘッダーの一部(例: Basic認証のユーザー名とパスワードの連結)などで使われます。

「テキストしか通せない場所にバイナリを通す」ための実用手段です。

プログラミングでの使い方の基本

多くの言語に標準ライブラリがあり、文字列→バイト列→Base64文字列の順で処理します。

デコードは逆です。

特に、文字列を扱うときは必ず文字コード(UTF-8など)でバイト列に変換してください。

言語	エンコードの例	デコードの例	備考
JavaScript(ブラウザ)	btoa(文字列)	atob(文字列)	非ASCIIは事前にUTF-8化が必要
Node.js	Buffer.from(str, ‘utf8’).toString(‘base64’)	Buffer.from(b64, ‘base64’).toString(‘utf8’)	バイナリもBufferで扱える
Python	base64.b64encode(bytes)	base64.b64decode(b64)	urlsafe版はbase64.urlsafe_b64encode
Java	Base64.getEncoder().encodeToString(bytes)	Base64.getDecoder().decode(b64)	URL用はgetUrlEncoder
Go	base64.StdEncoding.EncodeToString(b)	base64.StdEncoding.DecodeString(s)	URL用はURLEncoding