Einführung

Als Backend-Ingenieure haben wir häufig die Aufgabe, Systeme zu erstellen, die zahlreiche Ressourcen, Benutzer und Entitäten skalieren und verwalten können, von denen jede eine eindeutige Identifizierung benötigt. In vielen Fällen scheint die Verwendung sequenzieller IDs (z. B. 1, 2, 3) eine einfache Lösung zu sein, aber dies kann schnell problematisch werden, wenn Ihre Anwendung wächst und über verteilte Systeme hinweg skaliert. Hier kommen UUIDs (Universally Unique Identifiers) ins Spiel.

In diesem Blogbeitrag beschäftigen wir uns mit:

• Was eine UUID ist
• Reale Anwendungsfälle von UUIDs
• So implementieren Sie UUIDs in Python
• Risiken des Ignorierens von UUIDs
• Häufige Fehler bei der Verwendung von UUIDs
• Best Practices für die Verwendung von UUIDs

Was ist eine UUID?

Eine UUID (Universally Unique Identifier) ​​ist eine 128-Bit-Zahl, die zur eindeutigen Identifizierung von Informationen in Computersystemen verwendet wird. Es ist so konzipiert, dass es global eindeutig ist, was bedeutet, dass UUIDs, die unabhängig voneinander in verschiedenen Systemen generiert werden, nicht in Konflikt geraten.

Eine UUID sieht so aus:

66e69275-c6bc-800c-90a6-2f41cb991502

Es besteht aus 32 hexadezimalen Ziffern, die in fünf durch Bindestriche getrennten Gruppen in der Form 8-4-4-4-12 angezeigt werden.

Reale Anwendungsfälle für UUIDs

1. Datenbankschlüssel in verteilten Systemen: In Systemen, in denen verschiedene Datenbanken oder Microservices eindeutige IDs generieren müssen, ohne miteinander zu kommunizieren, sorgen UUIDs für Eindeutigkeit. In einer verteilten E-Commerce-Plattform könnte beispielsweise jeder Dienst unabhängig Bestell- oder Transaktions-IDs generieren, und UUIDs vermeiden Kollisionen.

2. Sitzungs-IDs: UUIDs werden häufig zur Identifizierung von Benutzersitzungen in Webanwendungen verwendet. Sie sind besonders nützlich, wenn Sie Sitzungsinformationen verwalten müssen, ohne sensible oder vorhersehbare Daten preiszugeben.

3. Datei- oder Ressourcen-IDs: Wenn Sie Dateien, Dokumente oder eine beliebige Ressource über verschiedene Plattformen oder Datenbanken hinweg verfolgen müssen, kann jeder Ressource eine UUID zugewiesen werden, um die Suche ohne Risiko zu erleichtern Duplikate.

4. APIs und externe Referenzen: Das Offenlegen sequenzieller oder leicht zu erratender IDs (z. B. Benutzer/1, Benutzer/2) in einer API kann zu Datenschutzlücken führen. Durch die Verwendung von UUIDs (z. B. user/66e69275-c6bc-800c-90a6-2f41cb991502) verringern Sie die Wahrscheinlichkeit, dass Benutzer Ressourcen erraten und darauf zugreifen, die ihnen nicht gehören.

Implementierung von UUIDs in Python

Pythons UUID-Bibliothek erleichtert das Generieren und Verwalten von UUIDs. So geht's:

import uuid

# Generate a UUID
generated_uuid = uuid.uuid4()
print(f"Generated UUID: {generated_uuid}")

Die Funktion uuid4() generiert eine zufällige UUID basierend auf Zufalls- oder Pseudozufallszahlen, was die am häufigsten in der Webentwicklung verwendete Variante ist.

Beispiel: Verwendung von UUIDs als Primärschlüssel in Datenbanken

Bei der Verwendung von Datenbanken wie PostgreSQL ist es üblich, UUIDs als Primärschlüssel zu verwenden. So können Sie es in Python mit SQLAlchemy einrichten:

from sqlalchemy import Column, String
from sqlalchemy.dialects.postgresql import UUID
import uuid
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base

Base = declarative_base()

class User(Base):
    __tablename__ = 'users'

    id = Column(UUID(as_uuid=True), primary_key=True, default=uuid.uuid4, unique=True, nullable=False)
    username = Column(String, nullable=False)

# This will generate a UUID primary key for each new user.

In diesem Beispiel definieren wir das ID-Feld als UUID und stellen so sicher, dass jeder Benutzer eine eindeutige Kennung hat, die nicht mit anderen Datensätzen in Konflikt steht, auch nicht über verteilte Datenbanken hinweg.

Risiken beim Ignorieren von UUIDs

Das Ignorieren von UUIDs zugunsten sequenzieller oder automatisch inkrementierender IDs kann mehrere Risiken bergen:

1. Sicherheitslücken: Sequentielle IDs sind vorhersehbar, sodass Angreifer problemlos Datensätze auflisten und vertrauliche Daten entdecken können. Wenn beispielsweise Benutzer-IDs sequentiell sind, könnte ein Angreifer versuchen, andere Benutzer-IDs zu erraten und auf nicht autorisierte Konten zuzugreifen.

2. Datenkollisionen: In einem verteilten System kann die Verwendung automatisch inkrementierender Ganzzahlen zu ID-Kollisionen führen, insbesondere wenn mehrere Dienste oder Datenbanken IDs ohne zentrale Koordination generieren.

3. Probleme bei der Datenmigration und -zusammenführung: Bei der Kombination von Datenbanken oder der systemübergreifenden Migration von Daten können nicht eindeutige sequentielle IDs zu Konflikten führen. UUIDs vermeiden diese Probleme, indem sie Eindeutigkeit garantieren.

Häufige Fehler bei der Verwendung von UUIDs

1. Speichern von UUIDs als Strings: Ein häufiger Fehler ist das Speichern von UUIDs als Strings, was Speicherplatz verschwendet und Abfragen verlangsamen kann, insbesondere in großen Datenbanken. Die meisten modernen Datenbanken wie PostgreSQL verfügen über native UUID-Typen, die UUIDs effizient speichern.

   Falsch:
   

   CREATE TABLE users (
       id VARCHAR(36) PRIMARY KEY
   );
   

   Rechts:
   

   CREATE TABLE users (
       id UUID PRIMARY KEY
   );
   

2. Es wird nicht die richtige UUID-Version verwendet: Es gibt mehrere Versionen von UUIDs (z. B. uuid1(), uuid3(), uuid4(), uuid5()), die jeweils für eine bestimmte Verwendung geeignet sind Fälle. uuid4() basiert auf Zufallszahlen und wird am häufigsten zum Generieren eindeutiger IDs in Webanwendungen verwendet. Überlegen Sie, welche Version Sie verwenden und ob sie Ihren Anforderungen entspricht.

3. Ignorieren von Kollisionsmöglichkeiten: Obwohl UUIDs so konzipiert sind, dass sie eindeutig sind, besteht eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit einer Kollision. Bei den meisten Anwendungen ist das Risiko vernachlässigbar, aber wenn Sie Milliarden von UUIDs generieren oder in hochsensiblen Umgebungen arbeiten, sollten Sie eine Kollisionserkennung implementieren.

Best Practices für die Verwendung von UUIDs

1. UUIDs für externe Referenzen verwenden: Wenn Sie IDs in URLs oder APIs verfügbar machen, bevorzugen Sie UUIDs gegenüber sequenziellen IDs. Dies erhöht die Sicherheit und macht es für Benutzer schwieriger, Ressourcen-IDs vorherzusagen.

2. UUIDs in nativen Formaten speichern: Verwenden Sie den nativen UUID-Typ der Datenbank, um UUIDs anstelle von Zeichenfolgen zu speichern. Dies reduziert den Speicherplatz und verbessert die Abfrageleistung.

3. Wählen Sie die richtige UUID-Version: In den meisten Fällen ist uuid4() (zufallsbasierte UUID) die beste Wahl zum Generieren eindeutiger Bezeichner in Webanwendungen. Wenn Sie jedoch deterministisch generierte UUIDs benötigen, könnten Sie uuid3() oder uuid5() (namespacebasierte UUIDs) in Betracht ziehen.

4. UUIDs validieren: Wenn Sie UUIDs aus Benutzereingaben akzeptieren, validieren Sie diese immer, um sicherzustellen, dass sie vor der Verarbeitung ordnungsgemäß formatiert sind. In Python können Sie UUID-Objekte verwenden, um die Gültigkeit einer Zeichenfolge zu überprüfen.
   

def is_valid_uuid(uuid_to_test, version=4):
    try:
        uuid_obj = uuid.UUID(uuid_to_test, version=version)
        return str(uuid_obj) == uuid_to_test
    except ValueError:
        return False

# Example usage
print(is_valid_uuid("66e69275-c6bc-800c-90a6-2f41cb991502"))  # True
print(is_valid_uuid("invalid-uuid-string"))  # False

Abschluss

UUIDs sind leistungsstarke Tools zur Generierung eindeutiger Identifikatoren in verteilten Systemen und zur Gewährleistung der Sicherheit in Webanwendungen. Sie helfen Ihnen, Probleme wie Datenkollisionen, vorhersehbare ID-Angriffe und ID-Konflikte während Datenbankmigrationen zu vermeiden. Indem Sie Best Practices für UUIDs verstehen und befolgen, können Sie robustere, skalierbarere und sicherere Backend-Systeme erstellen.

Denken Sie daran, die entsprechende UUID-Version zu verwenden, diese korrekt in Ihren Datenbanken zu speichern und sich der potenziellen Risiken bewusst zu sein. Mit diesen Tipps sind Sie für den effektiven Umgang mit UUIDs in Ihren Projekten bestens gerüstet!

Kommentieren Sie unten, wenn Sie Fragen oder zusätzliche Tipps zu UUIDs haben! Viel Spaß beim Codieren!