Генератор на UUID

Въведение

Универсалният уникален идентификатор (UUID) е 128-битов номер, използван за идентифициране на информация в компютърни системи. UUID-ите са стандартизирани от Open Software Foundation (OSF) като част от Distributed Computing Environment (DCE). Тези идентификатори са проектирани да бъдат уникални както в пространството, така и във времето, което ги прави идеални за различни приложения в разпределени системи и извън тях.

Този инструмент за генериране на UUID позволява създаването както на версия 1 (основана на време), така и на версия 4 (случайна) UUID. Тези идентификатори са полезни в различни сценарии, където е необходимо уникално идентифициране, като ключове в бази данни, разпределени системи и мрежови протоколи.

Как работят UUID-ите

Структура на UUID

UUID обикновено се представя като 32 шестнадесетични цифри, показани в пет групи, разделени с тирета, във формата 8-4-4-4-12 за общо 36 символа (32 алфанумерични символа и 4 тирета). Например:

1550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000
2

128-те бита на UUID са разделени на специфични полета, всяко от които носи различна информация в зависимост от версията на UUID:

• 32 бита за полето time_low
• 16 бита за полето time_mid
• 16 бита за полето time_hi_and_version
• 8 бита за полето clock_seq_hi_and_reserved
• 8 бита за полето clock_seq_low
• 48 бита за полето node

Ето диаграма, илюстрираща структурата на UUID:

Версии на UUID

Съществуват няколко версии на UUID, всяка с различен метод на генериране:

1. Версия 1 (основана на време): Използва текущата времева отметка и MAC адреса на компютъра.
2. Версия 2 (DCE Security): Подобна на версия 1, но включва локален домейн идентификатор.
3. Версия 3 (основана на име, MD5): Генерира се чрез хеширане на идентификатор на пространство и име.
4. Версия 4 (случайна): Генерира се с помощта на случайно или псевдослучайно число.
5. Версия 5 (основана на име, SHA-1): Подобна на версия 3, но използва SHA-1 хеширане.

Този инструмент се фокусира върху генерирането на версия 1 и версия 4 UUID.

Формула

Генериране на UUID версия 1

UUID-ите версия 1 се генерират с помощта на следните компоненти:

1. Времева отметка: 60-битова стойност, представляваща броя на 100-наносекундни интервали от 15 октомври 1582 г. (датата на реформата на Григорианския календар).
2. Последователност на часовника: 14-битова стойност, използвана за избягване на дубликати в случай, че часовникът бъде настроен назад.
3. Възел: 48-битова стойност, обикновено извлечена от MAC адреса на компютъра.

Формулата за генериране на UUID версия 1 може да бъде изразена като:

1UUID = (timestamp * 2^64) + (clock_sequence * 2^48) + node
2

Генериране на UUID версия 4

UUID-ите версия 4 се генерират с помощта на криптографски силен генератор на случайни числа. Формулата е просто:

1UUID = random_128_bit_number
2

С конкретни битове, зададени за индикация на версията (4) и варианта.

Приложения

UUID-ите имат многобройни приложения в различни области на компютърните науки и софтуерното инженерство:

1. Ключове в бази данни: UUID-ите често се използват като основни ключове в бази данни, особено в разпределени системи, където множество възли могат да генерират записи едновременно.

2. Разпределени системи: В големи разпределени системи UUID-ите помагат в уникалното идентифициране на ресурси, транзакции или събития в множество възли или центрове за данни.

3. Адресиране на съдържание: UUID-ите могат да се използват за създаване на уникални идентификатори за съдържание в системи за адресируемо съдържание.

4. Управление на сесии: Уеб приложенията често използват UUID-ите за управление на потребителските сесии, осигурявайки уникален идентификатор за всяка сесия.

5. Идентификация на устройства IoT: В приложенията на Интернет на нещата (IoT) UUID-ите могат да се използват за уникално идентифициране на отделни устройства в мрежа.

Алтернативи

Въпреки че UUID-ите са широко използвани, съществуват алтернативни подходи за генериране на уникални идентификатори:

1. Автоинкрементиращи ID: Прости и обикновено използвани в системи с единична база данни, но не са подходящи за разпределени среди.

2. ID на базата на времева отметка: Могат да бъдат полезни за данни, подредени по време, но могат да срещнат проблеми с колизията в сценарии с висока конкуренция.

3. Snowflake ID: Разработени от Twitter, тези ID комбинират времева отметка и номер на работника, за да генерират уникални ID в разпределени системи.

4. ULID (Универсално уникално лексикографски подредено идентификатор): По-нов алтернативен вариант, който цели да бъде по-човешки приятелски и подреден от UUID-ите.

История

Концепцията за UUID-ите беше първоначално представена в системата за мрежово компютри на Apollo и по-късно стандартизирана от Open Software Foundation (OSF) като част от Distributed Computing Environment (DCE) през 90-те години. Първата спецификация беше публикувана през 1997 г. като ISO/IEC 11578:1996 и по-късно преразгледана през 2005 г. като част от ISO/IEC 9834-8:2005.

Ключови етапи в историята на UUID:

• 1980-те: Apollo Computer разработва концепцията за UUID за своята система за мрежово компютри.
• 1997: Публикувана е първата спецификация на UUID като ISO/IEC 11578:1996.
• 2005: Спецификацията на UUID е преразгледана и публикувана като част от ISO/IEC 9834-8:2005.
• 2009: RFC 4122 определя формата на UUID и алгоритмите за генериране, използвани днес.

С времето UUID-ите станаха основен инструмент в разпределените системи и проектирането на бази данни, с различни реализации и адаптации в различни програмни езици и платформи.

Примери за код

Ето примери за генериране на UUID в различни програмни езици:

1import uuid
2
3## Генериране на UUID версия 4 (случайна)
4random_uuid = uuid.uuid4()
5print(f"UUID версия 4: {random_uuid}")
6
7## Генериране на UUID версия 1 (основана на време)
8time_based_uuid = uuid.uuid1()
9print(f"UUID версия 1: {time_based_uuid}")
10

1const { v1: uuidv1, v4: uuidv4 } = require('uuid');
2
3// Генериране на UUID версия 4 (случайна)
4const randomUuid = uuidv4();
5console.log(`UUID версия 4: ${randomUuid}`);
6
7// Генериране на UUID версия 1 (основана на време)
8const timeBasedUuid = uuidv1();
9console.log(`UUID версия 1: ${timeBasedUuid}`);
10

1import java.util.UUID;
2
3public class UuidGenerator {
4    public static void main(String[] args) {
5        // Генериране на UUID версия 4 (случайна)
6        UUID randomUuid = UUID.randomUUID();
7        System.out.println("UUID версия 4: " + randomUuid);
8
9        // Генериране на UUID версия 1 (основана на време)
10        UUID timeBasedUuid = UUID.fromString(new com.eaio.uuid.UUID().toString());
11        System.out.println("UUID версия 1: " + timeBasedUuid);
12    }
13}
14

1require 'securerandom'
2
3## Генериране на UUID версия 4 (случайна)
4random_uuid = SecureRandom.uuid
5puts "UUID версия 4: #{random_uuid}"
6
7## Ruby няма вградена функция за UUID версия 1
8## Трябва да използвате библиотека като 'uuidtools' за това
9

1<?php
2// Генериране на UUID версия 4 (случайна)
3$randomUuid = sprintf('%04x%04x-%04x-%04x-%04x-%04x%04x%04x',
4    mt_rand(0, 0xffff), mt_rand(0, 0xffff),
5    mt_rand(0, 0xffff),
6    mt_rand(0, 0x0fff) | 0x4000,
7    mt_rand(0, 0x3fff) | 0x8000,
8    mt_rand(0, 0xffff), mt_rand(0, 0xffff), mt_rand(0, 0xffff)
9);
10echo "UUID версия 4: " . $randomUuid . "\n";
11
12// PHP няма вградена функция за UUID версия 1
13// Трябва да използвате библиотека като 'ramsey/uuid' за това
14?>
15

Източници

1. Leach, P., Mealling, M., & Salz, R. (2005). A Universally Unique IDentifier (UUID) URN Namespace. RFC 4122. https://tools.ietf.org/html/rfc4122
2. International Organization for Standardization. (2005). Information technology – Open Systems Interconnection – Procedures for the operation of OSI Registration Authorities: Generation and registration of Universally Unique Identifiers (UUIDs) and their use as ASN.1 Object Identifier components. ISO/IEC 9834-8:2005. https://www.iso.org/standard/62795.html
3. Universally unique identifier. (2023). In Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Universally_unique_identifier
4. Snowflake ID. (2023). In Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Snowflake_ID
5. ULID Spec. (н.д.). GitHub. https://github.com/ulid/spec