Generator UUID

Unikalny identyfikator uniwersalny (UUID), znany również jako unikalny identyfikator globalny (GUID), jest szeroko stosowany w systemach komputerowych.

Jest to 128-bitowy kod generowany przez system na podstawie zmiennych i stałych: aktualnego czasu, adresu MAC, skrótu SHA-1, przestrzeni nazw MD5. Końcowy wynik generowania UUID, wyświetlany jako 32-znakowy kod alfanumeryczny oddzielony myślnikami, może wydawać się arbitralny, ale w rzeczywistości jest wynikiem skomplikowanych obliczeń. Tak więc komputer nie „wymyśla” kodu, ale tworzy go z określonych wielkości technicznych, które są istotne w danym momencie.

Prawdopodobieństwo, że ten sam identyfikator UUID zostanie wygenerowany na dwóch różnych komputerach w różnym czasie, dąży do zera, co umożliwia wykorzystanie otrzymanych kodów do identyfikacji danych punktowych/lokalnych bez odniesienia do centrum koordynacyjnego. Obecnie UUID/GUID jest wszechobecny zarówno w sieciach online, jak i offline i działa skutecznie nie tylko w globalnej przestrzeni internetowej, ale także w autonomicznych systemach komputerowych.

Historia UUID

128-bitowe kody UUID zostały po raz pierwszy użyte przez amerykańską firmę Apollo Computer w latach 80. Były oparte na prostszych 64-bitowych kodach używanych w Domain/OS i znalazły szerokie zastosowanie w środowisku komputerowym Open Software Foundation.

Wraz z pojawieniem się pierwszych platform Windows globalnie unikatowy identyfikator został uogólniony i ustandaryzowany. Microsoft przejął projekt DCE od Apollo Computer i zarejestrował przestrzeń nazw URN w dokumencie RFC 4122. W 2005 r. ten ostatni został zaproponowany jako nowy standard przez IETF, a identyfikator UUID został znormalizowany w ramach ITU.

Wcześniej w 2002 r. zidentyfikowano problemy z wydajnością systemu podczas używania identyfikatorów UUID jako kluczy podstawowych w lokalnych bazach danych. Zostały one naprawione w wersji 4 przez dodanie nielosowego sufiksu opartego na czasie systemowym komputera. Tak zwane podejście COMB (Combined GUID Time Identifier) zwiększyło ryzyko duplikacji kodu, ale jednocześnie znacznie poprawiło wydajność podczas pracy z Microsoft SQL Server.

Wraz z rozwojem technologii informatycznych uniwersalny unikalny identyfikator przestał być wysoce wyspecjalizowanym narzędziem technicznym, a dziś każdy może z niego korzystać. Prawdopodobieństwo powtórzenia się wygenerowanych kodów nie jest równe zeru, ale dąży do niego, a każda informacja cyfrowa może być przez nie zidentyfikowana, po czym można je połączyć w pojedyncze tablice danych przy minimalnym ryzyku powtórzenia.

Korzyści z UUID

Generatory globalnych unikalnych kodów nie wymagają scentralizowanej rekoncyliacji/synchronizacji danych i są swobodnie dostępne dla wszystkich użytkowników. Główne zalety UUID to:

Minimalne ryzyko „kolizji” (powtórzenia) kodów. Pomimo ich masowego użycia prawdopodobieństwo powtórzenia jest bliskie zeru.
Możliwość łączenia różnych tablic danych przy użyciu identyfikatorów UUID jako kluczy podstawowych (unikatowych).
Uproszczona dystrybucja danych na wielu rozproszonych serwerach.
Możliwość generowania kodów offline.

Unikalne kody identyfikacyjne, zapisane w formacie xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx, umożliwiają rozproszonym systemom rozpoznawanie informacji bez koordynacji z jednego centrum danych: z niemal zerowym prawdopodobieństwem wystąpienia błędów/powtórzeń. Ta funkcja, wraz z łatwością użycia i niewielkimi wymaganiami dotyczącymi wydajności komputera, sprawia, że UUID jest poszukiwany i niezbędny w wielu różnych branżach IT i autonomicznych systemach komputerowych.

UUID może generować kody przy użyciu różnych algorytmów i zmiennych/stałych wartości.

Istnieje łącznie 5 wersji identyfikatora, wykorzystujących systemową datę/godzinę i adresy MAC, protokoły bezpieczeństwa DCE, skrót MD5, skrót SHA-1 i przestrzeń nazw podczas generowania.

We wszystkich przypadkach wynik końcowy jest wyświetlany w formacie xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx (liczba w zapisie szesnastkowym, składająca się z małych liter łacińskich i cyfr, podzielona myślnikami na pięć bloków: 8-4 -4-4- 12), M oznacza wersję, N oznacza wariant UUID.

W ten sposób system używa jednocześnie 36 znaków (26 liter i 10 cyfr), więc prawdopodobieństwo powtórzenia 32-cyfrowych kodów dąży do zera, mimo że są one generowane codziennie przez miliony użytkowników na całym świecie.

Wersje UUID

Wersja 1

Pierwsza wersja unikalnego identyfikatora podczas generowania kodu bazuje na adresie MAC komputera i jego czasie systemowym, który zmienia swoją wartość liczbową 1 raz na sekundę. Proces generowania składa się z pięciu etapów:

Mniejsze 32 bity informacji są pobierane ze znacznika UTC. Są konwertowane na 8 znaków szesnastkowych i zajmują 4 bajty.
Średnio 16 bitów informacji jest pobieranych z tej samej etykiety UTC i konwertowanych na 4 znaki szesnastkowe zajmujące 2 bajty.
Pierwsze 12 bitów informacji ze znacznika UTC jest konwertowanych na 4 kolejne znaki szesnastkowe.
Kolejne 1-3 bity spadają na sekwencję zegara i zmniejszają ryzyko kolizji, wprowadzając pewien stopień losowości/niepewności. Czas systemowy jest albo warunkowo spowalniany, albo cofany - tak, aby dwa lub więcej identyfikatorów pracujących na tym samym komputerze w tym samym czasie nie „krzyżowało się”.
Pozostałe 6 bajtów to stała wartość generowana na podstawie adresu MAC urządzenia. Składa się z 12 znaków szesnastkowych i ma rozmiar 48 bitów.

Ponieważ algorytm pierwszej wersji identyfikatora UUID jest nierozerwalnie powiązany z czasem systemowym, użycie sekwencji zegara jest obowiązkowe. W przeciwnym razie ryzyko wygenerowania tych samych kodów wzrasta wielokrotnie - w ciągu sekundy, kiedy czas systemowy „zatrzymuje się” na takiej czy innej wartości.

Wersja 2

Druga wersja różni się minimalnie od pierwszej i jest rzadko używana w praktyce. Zamiast sekwencji zegara wykorzystuje identyfikator systemowy powiązany z danymi użytkownika lub innymi unikalnymi wartościami, które nie powtarzają się na innych komputerach lub powtarzają się bardzo rzadko. Efekt losowości w drugiej wersji jest zminimalizowany i można go wykorzystać do poprawy bezpieczeństwa rozproszonego środowiska obliczeniowego.

Wersje 3 i 5

Mają ze sobą wiele wspólnego: używają unikalnych nazw i nazw (z przestrzeni MD5) do tworzenia kodów, czyli wartości nielosowych. Tylko wersja 3 używa standardowego skrótu, podczas gdy wersja 5 używa skrótu SHA-1. Takie identyfikatory są mniej zależne od zmiennych losowych.

Wersja 4

Generowanie tej wersji UUID jest w ponad 90% losowe. Ma 6 bitów dla wartości stałych i 122 dla dowolnych. Implementacja algorytmu polega na tym, że 128 bitów informacji jest najpierw generowanych losowo, a 6 z nich jest zastępowanych danymi wersji i wariantów.

Rola generatora liczb pseudolosowych w czwartej wersji jest maksymalna, a jeśli ma zbyt prosty algorytm, ryzyko powtórzeń/kolizji znacznie wzrasta. Mimo to to czwarta wersja jest zdecydowanie najpowszechniejsza i najczęściej stosowana w praktyce.

Opcje UUID

Unikalny identyfikator UUID był wielokrotnie udoskonalany w miarę rozwoju technologii komputerowej i obecnie jest prezentowany w kilku wersjach.

Opcja 0

Zaprojektowany do pracy ze starszymi bazami danych w formacie Apollo Network Computing System 1.5 1988. Ta opcja jest z nimi wstecznie kompatybilna i nie koliduje z historycznymi identyfikatorami UUID NCS.

Opcje 1 i 2

Służą do identyfikowania nowoczesnych bloków i tablic danych, aw postaci tekstu kanonicznego nie różnią się od siebie, z wyjątkiem kolejności, w jakiej zapisywane są warianty bitów. Tak więc opcja 1 używa kolejności bajtów big-endian, a opcja 2 używa tytułu-endian. Pierwszy jest główny, a drugi jest zarezerwowany do pracy z wczesnymi identyfikatorami GUID z systemu Microsoft Windows.

Opcja 3

Obecnie nieużywane. Jest to wersja zarezerwowana do wykorzystania w przyszłości - gdy możliwości poprzednich opcji zostaną wyczerpane.

Większość systemów koduje identyfikator w big-endian, ale są wyjątki. Na przykład organizowanie w bibliotekach Microsoft COM/OLE używa metody mixed-endian podczas generowania kodu z bloków title-endian i big-endian. Pierwszy to pierwsze trzy składniki UUID, a drugi to dwa ostatnie.

{$ subpageListHide ? ('Show' | translate) : ('Hide' | translate) $}