为什么部分base64字符串无法实现编解码对称？

复现场景 #

你遇到的现象可通过以下代码稳定复现：

Bash 环境 #

printf "fV==" | base64 -d | base64
fQ==
printf "fS==" | base64 -d | base64
fQ==
printf "Ck==" | base64 -d | base64
Cg==
printf "Pm==" | base64 -d | base64
Pg==
printf "cK==" | base64 -d | base64
cA==

Python 环境 #

from binascii import a2b_base64, b2a_base64

b2a_base64(a2b_base64(b'am==')) == b'ag==\n'
# 结果为 True

现象原因 #

该问题是Base64编码规则的设计特性导致的：
Base64的核心逻辑是将每3个8bit的原始字节（共24bit）转换为4个6bit的可打印字符，当原始字节长度不是3的倍数时，会补0到总bit数为6的整数倍，末尾用=标记填充长度。
当原始字节长度为1时，仅需要8个有效bit，需要额外补4个0凑成12bit（对应2个Base64字符），此时第二个Base64字符的后4bit属于冗余填充位，所有合规的Base64解码器都会直接忽略这部分内容，仅取前2bit拼接成有效字节。
你提供的案例中，fV==和fS==的第二个字符后4bit不同，但前2bit一致，因此解码得到的有效字节完全相同。重新编码时，编码器会严格按照RFC规范补4个0作为冗余位，因此生成的都是标准的fQ==，和原始非规范字符串不一致。

标准Base64形式说明 #

存在统一的标准Base64形式，即符合RFC 4648规范的编码结果，要求所有冗余填充位全部为0。所有合规的Base64编码器默认输出的都是这种标准形式，你解码后再编码得到的结果就是标准Base64字符串。
你测试用的原始不一致字符串属于非规范Base64，虽然可以被正常解码，但不属于标准编码输出。

还原原始非标准字符串的方法 #

仅通过解码后的有效字节无法还原原始非标准Base64字符串，因为冗余位的信息在解码阶段已经被完全丢弃，有效字节中没有存储这部分数据。
如果必须要还原原始字符串，你需要自行实现Base64编解码逻辑，在解码时额外记录原始字符串的冗余位信息，编码时将记录的冗余位填充回去，而非使用默认的全0填充。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Filip Hanes