UUIDジェネレーター

UUIDジェネレーター

はじめに

ユニバーサリー・ユニーク・アイデンティファイア（UUID）は、コンピュータシステム内の情報を識別するために使用される128ビットの番号です。UUIDは、オープンソフトウェア財団（OSF）によって、分散コンピューティング環境（DCE）の一部として標準化されています。これらの識別子は、空間と時間の両方でユニークであるように設計されており、分散システムやそれ以外のさまざまなアプリケーションに最適です。

このUUIDジェネレーターツールを使用すると、バージョン1（時間ベース）およびバージョン4（ランダム）のUUIDを作成できます。これらの識別子は、データベースキー、分散システム、ネットワークプロトコルなど、ユニークな識別が必要なさまざまなシナリオで役立ちます。

UUIDの仕組み

UUIDの構造

UUIDは通常、32の16進数の数字として表され、ハイフンで区切られた5つのグループで表示されます。形式は8-4-4-4-12で、合計36文字（32の英数字と4つのハイフン）になります。例えば：

550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

UUIDの128ビットは特定のフィールドに分割され、各フィールドはUUIDのバージョンに応じて異なる情報を持ちます：

• time_lowフィールドのための32ビット
• time_midフィールドのための16ビット
• time_hi_and_versionフィールドのための16ビット
• clock_seq_hi_and_reservedフィールドのための8ビット
• clock_seq_lowフィールドのための8ビット
• nodeフィールドのための48ビット

以下はUUIDの構造を示す図です：

UUIDのバージョン

UUIDにはいくつかのバージョンがあり、それぞれ異なる生成方法があります：

1. バージョン1（時間ベース）：現在のタイムスタンプとコンピュータのMACアドレスを使用します。
2. バージョン2（DCEセキュリティ）：バージョン1に似ていますが、ローカルドメイン識別子が含まれます。
3. バージョン3（名前ベース、MD5）：名前空間識別子と名前をハッシュ化することによって生成されます。
4. バージョン4（ランダム）：ランダムまたは擬似ランダムな数を使用して生成されます。
5. バージョン5（名前ベース、SHA-1）：バージョン3に似ていますが、SHA-1ハッシュを使用します。

このツールは、バージョン1およびバージョン4のUUIDを生成することに焦点を当てています。

公式

バージョン1 UUID生成

バージョン1 UUIDは、次のコンポーネントを使用して生成されます：

1. タイムスタンプ：1582年10月15日（グレゴリオ暦改革の日）からの100ナノ秒間隔の数を表す60ビットの値。
2. クロックシーケンス：クロックが後方に設定された場合の重複を避けるために使用される14ビットの値。
3. ノード：通常、コンピュータのMACアドレスから派生した48ビットの値。

バージョン1 UUIDを生成するための公式は次のように表現できます：

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

バージョン4 UUID生成

バージョン4 UUIDは、暗号的に強い乱数生成器を使用して生成されます。公式は単純に次のようになります：

UUID = random_128_bit_number

特定のビットがバージョン（4）とバリアントを示すように設定されます。

使用例

UUIDは、コンピュータサイエンスやソフトウェア工学のさまざまな分野で多くのアプリケーションがあります：

1. データベースキー：UUIDは、特に複数のノードが同時にレコードを生成する可能性がある分散システムのデータベースで、主キーとしてよく使用されます。

2. 分散システム：大規模な分散システムでは、UUIDが複数のノードやデータセンターにわたってリソース、トランザクション、またはイベントをユニークに識別するのに役立ちます。

3. コンテンツアドレッシング：UUIDは、コンテンツアドレス可能ストレージシステム内のコンテンツに対してユニークな識別子を作成するために使用できます。

4. セッション管理：Webアプリケーションでは、UUIDを使用してユーザーセッションを管理し、各セッションにユニークな識別子を持たせることがよくあります。

5. IoTデバイスの識別：IoTアプリケーションでは、UUIDを使用してネットワーク内の個々のデバイスをユニークに識別できます。

代替手段

UUIDが広く使用されている一方で、ユニークな識別子を生成するための代替アプローチもあります：

1. 自動インクリメントID：単一のデータベースシステムで一般的に使用されるシンプルな方法ですが、分散環境には適していません。

2. タイムスタンプベースのID：時系列データに役立ちますが、高い同時実行性のシナリオでは衝突の問題が発生する可能性があります。

3. スノーフレークID：Twitterによって開発され、タイムスタンプとワーカー番号を組み合わせて分散システムでユニークなIDを生成します。

4. ULID（ユニバーサリー・ユニーク・レキシコグラフィカルにソート可能な識別子）：UUIDよりも人間に優しく、ソート可能であることを目指した新しい代替手段です。

歴史

UUIDの概念は、アポロネットワークコンピューティングシステムで最初に導入され、その後1990年代にオープンソフトウェア財団（OSF）によって標準化されました。最初の仕様は1997年にISO/IEC 11578:1996として発表され、2005年にはISO/IEC 9834-8:2005の一部として改訂されました。

UUIDの歴史における重要なマイルストーン：

• 1980年代：アポロコンピュータがネットワークコンピューティングシステムのためにUUIDの概念を開発。
• 1997年：最初のUUID仕様がISO/IEC 11578:1996として発表。
• 2005年：UUID仕様が改訂され、ISO/IEC 9834-8:2005の一部として発表。
• 2009年：RFC 4122が現在使用されているUUIDの形式と生成アルゴリズムを定義。

時が経つにつれて、UUIDは分散システムやデータベース設計において不可欠なツールとなり、さまざまなプログラミング言語やプラットフォームでのさまざまな実装や適応が行われています。

コード例

以下は、さまざまなプログラミング言語でUUIDを生成する例です：

import uuid

## バージョン4（ランダム）UUIDを生成
random_uuid = uuid.uuid4()
print(f"バージョン4 UUID: {random_uuid}")

## バージョン1（時間ベース）UUIDを生成
time_based_uuid = uuid.uuid1()
print(f"バージョン1 UUID: {time_based_uuid}")

const { v1: uuidv1, v4: uuidv4 } = require('uuid');

// バージョン4（ランダム）UUIDを生成
const randomUuid = uuidv4();
console.log(`バージョン4 UUID: ${randomUuid}`);

// バージョン1（時間ベース）UUIDを生成
const timeBasedUuid = uuidv1();
console.log(`バージョン1 UUID: ${timeBasedUuid}`);

import java.util.UUID;

public class UuidGenerator {
    public static void main(String[] args) {
        // バージョン4（ランダム）UUIDを生成
        UUID randomUuid = UUID.randomUUID();
        System.out.println("バージョン4 UUID: " + randomUuid);

        // バージョン1（時間ベース）UUIDを生成
        UUID timeBasedUuid = UUID.fromString(new com.eaio.uuid.UUID().toString());
        System.out.println("バージョン1 UUID: " + timeBasedUuid);
    }
}

require 'securerandom'

## バージョン4（ランダム）UUIDを生成
random_uuid = SecureRandom.uuid
puts "バージョン4 UUID: #{random_uuid}"

## Rubyにはバージョン1 UUIDのための組み込みメソッドはありません
## それには 'uuidtools' のようなgemを使用する必要があります

<?php
// バージョン4（ランダム）UUIDを生成
$randomUuid = sprintf('%04x%04x-%04x-%04x-%04x-%04x%04x%04x',
    mt_rand(0, 0xffff), mt_rand(0, 0xffff),
    mt_rand(0, 0xffff),
    mt_rand(0, 0x0fff) | 0x4000,
    mt_rand(0, 0x3fff) | 0x8000,
    mt_rand(0, 0xffff), mt_rand(0, 0xffff), mt_rand(0, 0xffff)
);
echo "バージョン4 UUID: " . $randomUuid . "\n";

// PHPにはバージョン1 UUIDのための組み込みメソッドはありません
// それには 'ramsey/uuid' のようなライブラリを使用する必要があります
?>

参考文献

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. ユニバーサリー・ユニーク・アイデンティファイア. (2023). ウィキペディアにて. https://ja.wikipedia.org/wiki/ユニバーサリー・ユニーク・アイデンティファイア
4. スノーフレークID. (2023). ウィキペディアにて. https://ja.wikipedia.org/wiki/スノーフレークID
5. ULID Spec. (n.d.). GitHub. https://github.com/ulid/spec