Генератор UUID

Вступ

Універсально унікальний ідентифікатор (UUID) — це 128-бітове число, яке використовується для ідентифікації інформації в комп'ютерних системах. UUID стандартизовані Фондом відкритого програмного забезпечення (OSF) як частина Середовища розподілених обчислень (DCE). Ці ідентифікатори призначені бути унікальними як у просторі, так і в часі, що робить їх ідеальними для різних застосувань у розподілених системах та за їх межами.

Цей інструмент генерації UUID дозволяє створювати як версії 1 (на основі часу), так і версії 4 (випадкові) UUID. Ці ідентифікатори корисні в різних сценаріях, де потрібна унікальна ідентифікація, таких як ключі бази даних, розподілені системи та мережеві протоколи.

Як працюють UUID

Структура UUID

UUID зазвичай представляється як 32 шестнадцяткові цифри, відображені в п'яти групах, розділених дефісами, у формі 8-4-4-4-12, загалом 36 символів (32 алфавітно-цифрові символи та 4 дефіси). Наприклад:

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

128 біт UUID діляться на специфічні поля, кожне з яких несе різну інформацію в залежності від версії UUID:

• 32 біти для поля time_low
• 16 біт для поля time_mid
• 16 біт для поля time_hi_and_version
• 8 біт для поля clock_seq_hi_and_reserved
• 8 біт для поля clock_seq_low
• 48 біт для поля node

Ось діаграма, що ілюструє структуру UUID:

Версії UUID

Існує кілька версій UUID, кожна з яких має свій метод генерації:

1. Версія 1 (на основі часу): Використовує поточний часовий штамп та MAC-адресу комп'ютера.
2. Версія 2 (Безпека DCE): Схожа на версію 1, але включає ідентифікатор локальної доменної.
3. Версія 3 (На основі імені, MD5): Генерується шляхом хешування ідентифікатора простору імені та імені.
4. Версія 4 (Випадкова): Генерується за допомогою випадкового або псевдовипадкового числа.
5. Версія 5 (На основі імені, SHA-1): Схожа на версію 3, але використовує хешування SHA-1.

Цей інструмент зосереджується на генерації UUID версії 1 та версії 4.

Формула

Генерація UUID версії 1

UUID версії 1 генеруються за допомогою наступних компонентів:

1. Часовий штамп: 60-бітне значення, що представляє кількість 100-наносекундних інтервалів з 15 жовтня 1582 року (дата григоріанської реформи християнського календаря).
2. Послідовність годинника: 14-бітне значення, яке використовується для уникнення дублікатів у разі, якщо годинник встановлюється назад.
3. Вузол: 48-бітне значення, зазвичай отримане з MAC-адреси комп'ютера.

Формула для генерації UUID версії 1 може бути виражена як:

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

Генерація UUID версії 4

UUID версії 4 генеруються за допомогою криптографічно сильного генератора випадкових чисел. Формула є простою:

1UUID = random_128_bit_number
2

З конкретними бітом, встановленими для вказівки версії (4) та варіанту.

Сценарії використання

UUID мають численні застосування в різних сферах комп'ютерних наук і програмної інженерії:

1. Ключі бази даних: UUID часто використовуються як первинні ключі в базах даних, особливо в розподілених системах, де кілька вузлів можуть одночасно генерувати записи.

2. Розподілені системи: У великих розподілених системах UUID допомагають унікально ідентифікувати ресурси, транзакції або події через кілька вузлів або дата-центрів.

3. Адресація вмісту: UUID можуть використовуватися для створення унікальних ідентифікаторів для вмісту в системах з адресацією вмісту.

4. Управління сесіями: Веб-додатки часто використовують UUID для управління сесіями користувачів, забезпечуючи, щоб кожна сесія мала унікальний ідентифікатор.

5. Ідентифікація пристроїв IoT: У додатках Інтернету речей (IoT) UUID можуть використовуватися для унікальної ідентифікації окремих пристроїв у мережі.

Альтернативи

Хоча UUID широко використовуються, існують альтернативні підходи до генерації унікальних ідентифікаторів:

1. Автоінкрементні ID: Прості та зазвичай використовуються в однотабличних системах, але не підходять для розподілених середовищ.

2. ID на основі часу: Можуть бути корисними для даних, впорядкованих за часом, але можуть стикатися з проблемами зі збігами в сценаріях з високою конкуренцією.

3. ID Snowflake: Розроблені Twitter, ці ID поєднують часову мітку та номер робочого вузла для генерації унікальних ID у розподілених системах.

4. ULID (Універсально унікальний лексикографічно впорядкований ідентифікатор): Більш нова альтернатива, яка прагне бути більш зручною для людини та впорядкованою, ніж UUID.

Історія

Концепція UUID була вперше представлена в системі комп'ютерних мереж Apollo, а пізніше стандартизована Фондом відкритого програмного забезпечення (OSF) як частина Середовища розподілених обчислень (DCE) у 1990-х роках. Початкова специфікація була опублікована в 1997 році як ISO/IEC 11578:1996 і пізніше переглянута в 2005 році як частина ISO/IEC 9834-8:2005.

Ключові етапи в історії UUID:

• 1980-ті: Apollo Computer розробляє концепцію UUID для своєї системи комп'ютерних мереж.
• 1997: Перша специфікація UUID опублікована як ISO/IEC 11578:1996.
• 2005: Специфікація UUID переглянута та опублікована як частина ISO/IEC 9834-8:2005.
• 2009: RFC 4122 визначає формат UUID та алгоритми генерації, що використовуються сьогодні.

З часом UUID стали важливим інструментом у розподілених системах і проектуванні баз даних, з різними реалізаціями та адаптаціями в різних мовах програмування та платформах.

Приклади коду

Ось приклади генерації UUID на різних мовах програмування:

1import uuid
2
3## Генерація UUID версії 4 (випадковий)
4random_uuid = uuid.uuid4()
5print(f"UUID версії 4: {random_uuid}")
6
7## Генерація UUID версії 1 (на основі часу)
8time_based_uuid = uuid.uuid1()
9print(f"UUID версії 1: {time_based_uuid}")
10

1const { v1: uuidv1, v4: uuidv4 } = require('uuid');
2
3// Генерація UUID версії 4 (випадковий)
4const randomUuid = uuidv4();
5console.log(`UUID версії 4: ${randomUuid}`);
6
7// Генерація UUID версії 1 (на основі часу)
8const timeBasedUuid = uuidv1();
9console.log(`UUID версії 1: ${timeBasedUuid}`);
10

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

1require 'securerandom'
2
3## Генерація UUID версії 4 (випадковий)
4random_uuid = SecureRandom.uuid
5puts "UUID версії 4: #{random_uuid}"
6
7## Ruby не має вбудованого методу для UUID версії 1
8## Вам потрібно буде використовувати гем, наприклад, 'uuidtools' для цього
9

1<?php
2// Генерація UUID версії 4 (випадковий)
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 версії 4: " . $randomUuid . "\n";
11
12// PHP не має вбудованого методу для UUID версії 1
13// Вам потрібно буде використовувати бібліотеку, таку як 'ramsey/uuid' для цього
14?>
15

Посилання

1. Leach, P., Mealling, M., & Salz, R. (2005). Універсально унікальний ідентифікатор (UUID) URN Namespace. RFC 4122. https://tools.ietf.org/html/rfc4122
2. Міжнародна організація зі стандартизації. (2005). Інформаційні технології – Процедури для роботи органів реєстрації OSI: Генерація та реєстрація універсально унікальних ідентифікаторів (UUID) та їх використання як компонентів ASN.1 Object Identifier. ISO/IEC 9834-8:2005. https://www.iso.org/standard/62795.html
3. Універсально унікальний ідентифікатор. (2023). У Вікіпедії. https://en.wikipedia.org/wiki/Universally_unique_identifier
4. ID Snowflake. (2023). У Вікіпедії. https://en.wikipedia.org/wiki/Snowflake_ID
5. ULID Spec. (н.д.). GitHub. https://github.com/ulid/spec