C# Tips | 文字列処理：Base64エンコード

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はじめに 「Base64エンコード」は“中身を壊さずに文字列として運ぶための梱包”

Base64エンコードは、
「バイナリデータ（生のバイト列）を、安全に文字列として扱える形に変換する仕組み」です。

メール本文にバイナリを埋め込みたいとき、
JSONやXMLの中にバイナリを入れたいとき、
トークンや署名を文字列としてやり取りしたいときなど、
業務システムではかなり頻繁に登場します。

ここで大事なのは、「暗号化ではない」ということです。
Base64は“見た目が変わるだけ”で、中身は簡単に元に戻せます。
目的は「安全に運ぶこと」であって、「隠すこと」ではありません。

ここから、C#でのBase64エンコードを、
初心者向けに「仕組み → 基本コード → 実務ユーティリティ」という流れでかみ砕いていきます。

Base64エンコードのざっくりしたイメージ

Base64は、元のデータを6ビットずつ区切って、
それを「A〜Z」「a〜z」「0〜9」「+」「/」の64種類の文字に対応させる方式です。

結果として、
どんなバイナリでも「印刷可能なASCII文字だけ」で表現できるようになります。

例えば、バイナリデータや日本語文字列をそのままJSONに入れると、
文字コードや制御文字の問題で壊れることがありますが、
Base64にしてしまえば「ただの英数字＋記号の文字列」になるので、
多くのプロトコルやフォーマットで安全に扱えるようになります。

C#での基本：文字列をBase64にエンコードする

文字列 → バイト配列 → Base64文字列、という流れ

C#で文字列をBase64にする基本パターンは、次の3ステップです。

文字列をエンコーディングでバイト配列に変換する。
バイト配列を Convert.ToBase64String に渡してBase64文字列にする。
必要ならユーティリティメソッドとしてまとめる。

まずは、業務でそのまま使えるレベルのユーティリティを書いてみます。

using System;
using System.Text;

public static class Base64Util
{
    public static string EncodeStringToBase64(string? text)
    {
        if (string.IsNullOrEmpty(text))
        {
            return string.Empty;
        }

        byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(text);

        string base64 = Convert.ToBase64String(bytes);

        return base64;
    }
}
C#

ここで重要なポイントを順番に見ていきます。

重要ポイント1：エンコーディングを必ず固定する（UTF-8推奨）

Encoding.UTF8.GetBytes(text); の部分が、とても大事です。

Base64は「バイト列」に対して行う処理なので、
文字列をバイト列に変換するときのエンコーディングによって、結果が変わります。

同じ「こんにちは」でも、
UTF-8でバイト列にした場合と、UTF-16（Encoding.Unicode）でバイト列にした場合では、
Base64の結果がまったく違います。

業務で「他システムとやり取りする」「ファイルに保存する」「後で比較する」といった用途を考えると、
エンコーディングは必ず固定しておくべきです。

今の時代は、UTF-8を使っておけばまず困りません。
ユーティリティの中に Encoding.UTF8 を埋め込んでしまうことで、
呼び出し側がエンコーディングを意識しなくて済むようになります。

重要ポイント2：Convert.ToBase64String の役割を理解する

Convert.ToBase64String(bytes); は、
「バイト配列 → Base64文字列」の変換を一手に引き受けてくれるメソッドです。

ここでやっているのは、
バイト列を6ビットずつ区切って、
それを64種類の文字（A〜Z, a〜z, 0〜9, +, /）にマッピングし、
必要に応じて = でパディングする、という処理です。

このあたりの細かいビット操作は、
自分で実装する必要はありません。
業務では、素直に Convert.ToBase64String を使うのが正解です。

動作例でイメージをつかむ

次のようなコードを想像してみてください。

Console.WriteLine(Base64Util.EncodeStringToBase64("Hello"));
Console.WriteLine(Base64Util.EncodeStringToBase64("こんにちは"));
Console.WriteLine(Base64Util.EncodeStringToBase64(""));
Console.WriteLine(Base64Util.EncodeStringToBase64(null));
C#

それぞれの挙動はこうなります。

“Hello” は、英字だけのシンプルな文字列なので、
Base64にすると "SGVsbG8=" のような短い英数字＋=になります。

“こんにちは” はUTF-8でバイト列にしたうえでBase64化されるので、
パッと見では意味の分からない長めの文字列になりますが、
Base64デコードすれば元に戻せます。

空文字と null は、ユーティリティ側で「空文字を返す」という方針にしているので、
呼び出し側で毎回nullチェックを書く必要がありません。

この「nullや空文字をどう扱うか」をユーティリティ側で決めておくと、
業務コードがかなりすっきりします。

バイナリデータをBase64にするユーティリティ

文字列だけでなく、「バイト配列そのもの」をBase64にしたい場面も多いです。
例えば、ファイルの中身や、暗号化済みデータなどです。

その場合は、エンコーディングは不要で、
バイト配列をそのまま Convert.ToBase64String に渡します。

public static class Base64Util
{
    public static string EncodeBytesToBase64(byte[]? data)
    {
        if (data == null || data.Length == 0)
        {
            return string.Empty;
        }

        return Convert.ToBase64String(data);
    }
}
C#

これで、
ファイルを File.ReadAllBytes(path) で読み込んで、
そのままBase64文字列にする、という処理が簡単に書けます。

byte[] fileBytes = File.ReadAllBytes("sample.bin");
string base64 = Base64Util.EncodeBytesToBase64(fileBytes);
C#

URLやクエリ文字列で使う場合の注意（URLセーフBase64）

Base64の標準形式では、+ と / が使われます。
しかし、URLやクエリ文字列の中でそのまま使うと、
意味を持つ記号として解釈されてしまうことがあります。

そのため、URL用には「URLセーフBase64」と呼ばれるバリエーションがよく使われます。
これは、+ を - に、/ を _ に置き換え、
場合によっては末尾の = を省略する形式です。

簡易的には、次のようなユーティリティで対応できます。

public static class Base64UrlUtil
{
    public static string EncodeToBase64Url(string? text)
    {
        if (string.IsNullOrEmpty(text))
        {
            return string.Empty;
        }

        byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(text);
        string base64 = Convert.ToBase64String(bytes);

        string base64Url = base64
            .Replace("+", "-")
            .Replace("/", "_")
            .TrimEnd('=');

        return base64Url;
    }
}
C#

ここでは、
標準Base64で一度エンコードしてから、
URLで問題になりやすい文字を置き換え、
パディングの = を削っています。

JWT（JSON Web Token）など、
Web系の仕様ではこのURLセーフBase64がよく使われます。

業務ユーティリティとしてどうまとめるか

実務で使いやすくするには、
「何を入力にして、何を出力するか」をはっきり分けたメソッドを用意しておくと便利です。

例えば、次のような構成が考えられます。

文字列 → Base64（UTF-8前提）
バイト配列 → Base64
文字列 → URLセーフBase64

それぞれを別メソッドにしておくことで、
呼び出し側の意図がコードから読み取りやすくなります。

public static class Base64Encoding
{
    public static string FromString(string? text)
        => Base64Util.EncodeStringToBase64(text);

    public static string FromBytes(byte[]? data)
        => Base64Util.EncodeBytesToBase64(data);

    public static string FromStringUrlSafe(string? text)
        => Base64UrlUtil.EncodeToBase64Url(text);
}
C#

こうしておけば、
「普通に文字列をBase64にしたい」
「バイナリをBase64にしたい」
「URLに載せる用にBase64にしたい」
といった用途を、明示的に書き分けられます。

まとめ 「Base64エンコードユーティリティ」は“壊れやすいデータを安全に運ぶための梱包ツール”

Base64エンコードは、
「データを隠す」のではなく、「壊れずに運ぶ」ための仕組みです。

C#でのポイントを整理すると、
文字列の場合は、必ずエンコーディング（UTF-8）でバイト配列にしてからBase64にすること。
Convert.ToBase64String を使えば、バイト配列 → Base64文字列は一発でできること。
nullや空文字の扱いをユーティリティ側で決めておくと、呼び出し側が楽になること。
URLで使う場合は、+ や / を避けるURLセーフBase64を検討すること。

ここまで理解できれば、「なんとなくBase64にしている」段階から一歩進んで、
“エンコーディングや用途を意識した、業務で使えるBase64エンコードユーティリティ”を、
自分のC#コードの中に自然に組み込めるようになっていきます。

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