Генератор UUID

Найширше застосування в комп'ютерних системах отримав універсальний унікальний ідентифікатор (UUID), також відомий під назвою «глобальний унікальний ідентифікатор» (GUID).

Він являє собою 128-бітовий код, який генерується системою на основі змінних і постійних величин: поточного часу, MAC-адреси, хеша SHA-1, простору імен MD5. Кінцевий результат генерації UUID, що відображається у вигляді 32-значного буквено-цифрового коду, розділеного дефісами, може здатися довільним, але насправді це результат складних обчислень. Так, комп'ютер не «вигадує» код, а формує його із конкретних технічних величин, актуальних на даний момент часу.

Вірогідність того, що на двох різних комп'ютерах у різний час буде згенерований однаковий UUID, прагне нуля, що дозволяє використовувати отримані коди для точкової/локальної ідентифікації даних без прив'язки до центру координації. Сьогодні UUID/GUID повсюдно застосовується як в онлайн, так і в офлайн-мережах, і ефективно працює не лише у глобальному інтернет-просторі, а й в автономних комп'ютерних системах.

Історія UUID

Вперше 128-бітові коди UUID почала використовувати американська компанія Apollo Computer у 1980-х роках. Вони були засновані на більш простих 64-бітових кодах, які застосовуються в Domain/OS, і знайшли широке застосування у обчислювальному середовищі Open Software Foundation.

З появою перших платформ Windows глобальний унікальний ідентифікатор був узагальнений і стандартизований. Компанія Microsoft прийняла дизайн DCE від Apollo Computer і зареєструвала простір імен URN в RFC 4122. У 2005 році останній був запропонований як новий стандарт IETF, і UUID стандартизували в рамках ITU.

Раніше - у 2002 році - при використанні UUID як первинних ключів у локальних базах даних були виявлені проблеми з продуктивністю системи. Вони були усунені у четвертій версії додаванням невипадкового суфікса, що базується на системному часі комп'ютера. Так званий підхід COMB (комбінований ідентифікатор часу GUID) збільшив ризики дублювання кодів, але водночас суттєво підвищив продуктивність при роботі з Microsoft SQL Server.

З розвитком IT-технологій універсальний унікальний ідентифікатор перестав бути вузькоспеціальним технічним інструментом, і сьогодні ним можуть користуватися всі охочі. Імовірність повторення згенерованих кодів не дорівнює нулю, але прагне до нього, і ідентифікувати ними можна будь-яку цифрову інформацію, після чого поєднувати її в єдині масиви даних з мінімальними ризиками повторів.

Переваги UUID

Генератори глобальних унікальних кодів не потребують централізованої звірки/синхронізації даних та поширюються у вільному доступі для всіх користувачів. До головних переваг UUID можна віднести:

Мінімальні ризики зіткнення (повторення) кодів. Незважаючи на їхнє масове застосування, ймовірність повторів прагне нуля.
Можливість об'єднувати різні масиви даних, використовуючи UUID як первинні (унікальні) ключі.
Спрощений розподіл даних по кількох рознесених серверах.
Можливість створення кодів в автономному режимі.

Унікальні ідентифікаційні коди, що записуються у форматі xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx, дозволяють рознесеним системам розпізнавати інформацію без координування з єдиного data-центру: при практично нульовій ймовірності помилок/повторів. Ця особливість, поряд з простотою застосування і невеликими вимогами до продуктивності комп'ютерів, робить UUID затребуваною і незамінною в різних галузях IT і автономних обчислювальних систем.

Універсальний унікальний ідентифікатор даних UUID може генерувати коди за допомогою різних алгоритмів та змінних/постійних величин.

Усього існує 5 версій ідентифікатора, що використовують системну дату/час та MAC-адреси, протоколи безпеки DCE, хеш MD5, хеш SHA-1 та простір імен при генерації.

У всіх випадках підсумковий результат відображається у форматі xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx (число в шістнадцятковій системі числення, що складається з малих латинських літер і цифр, і розділене дефісами на п'ять блоків: 8-4-4-4- 12), M – позначає версію, N – варіант UUID.

Таким чином, в системі одночасно використовується 36 символів (26 літер та 10 цифр), завдяки чому ймовірність повторення 32-значних кодів прагне нуля, незважаючи на те, що їх щодня генерують мільйони користувачів по всьому світу.

Версії UUID

Версія 1

Перша версія унікального ідентифікатора при генерації коду відштовхується від MAC-адреси комп'ютера та його системного часу, що змінює своє числове значення 1 раз на секунду. Процес створення складається з п'яти етапів:

З мітки UTC беруться молодші 32 біти інформації. Вони перетворюються на 8 шістнадцяткових символів і займають 4 байти.
З тієї ж мітки UTC беруться середні 16 біт інформації, що перетворюються на 4 шістнадцяткових символи, що займають 2 байти.
Беруться старші 12 бітів інформації з мітки UTC і перетворюються ще на 4 шістнадцяткових символи.
Ще 1-3 біти припадають на тактову послідовність і знижують ризики колізій, вносячи частку випадковості/невизначеності. Системний час або умовно сповільнюється, або переводиться назад — щоб не перетнулися два і більше ідентифікатори, що працюють на одному комп'ютері одночасно.
6 байтів, що залишилися, - це постійна величина, що генерується на основі MAC-адреси пристрою. Вона складається з 12 шістнадцяткових символів і важить 48 бітів.

Оскільки алгоритм першої версії UUID нерозривно пов'язаний із системним часом, використання тактової послідовності — обов'язкове. Інакше багато разів підвищуються ризики генерації таких самих кодів — протягом тієї секунди, коли системний час «застигає» на тому чи іншому значенні.

Версія 2

Друга версія мінімально відрізняється від першої, і досить рідко застосовується практично. Замість тактової послідовності в ній задіяний системний ідентифікатор, прив'язаний до даних користувача або інших унікальних значень, які не повторюються на інших комп'ютерах або дуже рідко повторюються. Ефект випадковості в другій версії мінімізований, і вона може використовуватися для підвищення безпеки розподіленого обчислювального середовища.

Версії 3 та 5

Мають між собою багато спільного: вони використовують для створення кодів унікальні імена та назви (з простору MD5), тобто невипадкові величини. Тільки версія 3 використовує стандартний хеш, а версія 5 – хеш SHA-1. Такі ідентифікатори є менш залежними від випадкових величин.

Версія 4

Генерація цієї версії UUID більш ніж на 90% відбувається випадковим чином. На постійні величини в ній припадає 6 бітів, а на довільні — 122. Реалізація алгоритму полягає в тому, що спочатку довільно генеруються 128 бітів інформації, і 6 з них замінюються даними про версію та варіант.

Роль генератора псевдовипадкових чисел у четвертій версії — максимальна, і якщо в нього занадто простий алгоритм, суттєво зростають ризики повторів/колізій. Незважаючи на це, саме четверта версія на сьогоднішній день — найпоширеніша і найчастіше застосовувана на практиці.

Варіанти UUID

Унікальний ідентифікатор UUID кілька разів доопрацьовувався з розвитком комп'ютерних технологій, і сьогодні представлений у кількох варіантах.

Варіант 0

Призначений для роботи зі застарілими базами даних формату Apollo Network Computing System 1.5 1988 року випуску. Цей варіант має з ними зворотну сумісність і не вступає в конфлікти з історичними UUID NCS.

Варіанти 1 та 2

Використовуються для ідентифікації сучасних блоків та масивів даних, і в канонічному текстовому вигляді не відрізняються один від одного, крім порядку написання бітів варіантів. Так, варіант 1 використовує порядок байтів big-endian, а варіант 2 - title-endian. Перший є основним, а другий зарезервованим для роботи з ранніми GUID від Microsoft Windows.

Варіант 3

На сьогоднішній день не використовується. Є зарезервованою версією для використання в майбутньому, коли можливості попередніх варіантів будуть вичерпані.

Більшість систем кодують ідентифікатор у big-endian, але є винятки. Наприклад, маршалінг у Microsoft COM/OLE libraries використовує mixed-endian, одночасно формуючи код із блоку title-endian і big-endian. На перший припадають перші три компоненти UUID, а на другий останні два.

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