А Универсальный уникальный идентификатор (UUID) — это 128-битная метка, используемая в компьютерных системах для уникальной идентификации информации. UUID спроектированы так, чтобы быть уникальными в пространстве и времени, что позволяет генерировать их независимо, без центрального органа, что сводит к минимуму риск дублирования.

UUID служат различным целям, в том числе:

• Идентификация записей в базах данных.
• Тегирование объектов в распределенных системах.
• Служит первичными ключами в приложениях, где уникальность имеет решающее значение.

Реальные примеры использования

• Базы данных: UUID используется в качестве первичного ключа в реляционных базах данных для обеспечения уникальной идентификации записей.
• Микросервисы: упростите взаимодействие служб, предоставляя уникальные идентификаторы для запросов и ресурсов.
• Устройства Интернета вещей: однозначно идентифицируйте устройства в сети, гарантируя, что данные из нескольких источников могут быть агрегированы без конфликтов.

Преимущества и недостатки использования UUID

Преимущества:

• Глобальная уникальность: конфликты UUID крайне маловероятны, что делает их подходящими для распределенных систем, в которых несколько узлов генерируют идентификаторы независимо.
• Центральный орган власти не требуется.: их можно создавать без координации, что упрощает операции в распределенных средах.
• Масштабируемость: они хорошо работают в системах, требующих масштабирования на несколько серверов или служб.

Недостатки:

• Размер хранилища: UUID занимают больше места (128 бит) по сравнению с традиционными целочисленными идентификаторами (обычно 32 бита), что может привести к увеличению затрат на хранение.
• Проблемы с производительностью: индексирование UUID может снизить производительность базы данных из-за их случайности и размера, что приводит к увеличению времени выполнения запросов по сравнению с последовательными идентификаторами.
• Недружелюбие к пользователю: UUID нелегко запомнить или сделать удобным для пользователя, когда они представлены в пользовательских интерфейсах.

Стандарт

Стандартное представление UUID состоит из 32 шестнадцатеричных символов, разделенных на пять групп, разделенных дефисами, в формате 8-4-4-4-12, что в общей сложности составляет 36 символов (32 буквенно-цифровых плюс 4 дефиса). .

Формат UUID можно представить следующим образом:

xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

Где:

• M указывает версию UUID.
• N указывает вариант, который помогает интерпретировать макет UUID.

Компоненты UUID

1. TimeLow: 4 байта (8 шестнадцатеричных символов), представляющие нижнее поле метки времени.
2. TimeMid: 2 байта (4 шестнадцатеричных символа), представляющие среднее поле метки времени.
3. TimeHighAndVersion: 2 байта (4 шестнадцатеричных символа), которые включают номер версии и старшее поле метки времени.
4. ClockSequence: 2 байта (4 шестнадцатеричных символа), используемые для предотвращения коллизий, особенно когда несколько UUID генерируются в быстрой последовательности или если системные часы регулируются.
5. Узел: 6 байтов (12 шестнадцатеричных символов), обычно представляющих MAC-адрес генерирующего узла.

Типы UUID

1. Версия 1: UUID на основе времени, которые используют комбинацию текущей временной метки и MAC-адреса генерирующего узла. Эта версия обеспечивает уникальность в пространстве и времени.

2. Версия 2: аналогична версии 1, но включает идентификаторы локального домена; однако он используется реже из-за своих ограничений.

3. Версия 3: UUID на основе имени, созданные с использованием MD5-хеша идентификатора пространства имен и имени.

4. Версия 4: UUID, генерируемые случайным образом, которые обеспечивают высокую случайность и уникальность, при этом для управления версиями зарезервировано всего несколько битов.

5. Версия 5: аналогична версии 3, но для хеширования используется SHA-1, что делает ее более безопасной, чем версия 3.

Варианты

Поле варианта в UUID определяет его расположение и интерпретацию. Наиболее распространенные варианты включают:

• Вариант 0: зарезервировано для обратной совместимости NCS.
• Вариант 1: стандартный макет, используемый для большинства UUID.
• Вариант 2: используется для UUID безопасности DCE, которые встречаются реже.
• Вариант 3: зарезервировано для будущих определений.

Пример

Для Версии 4 UUID может выглядеть следующим образом:

550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

Здесь:

• 41d4 означает, что это версия 4.
• a7 представляет вариант, в данном случае обычный вариант «Leach-Salz».

Как рассчитываются UUID

1. Версия 1 (по времени):

   • Временная метка обычно представляет собой количество 100-наносекундных интервалов с 15 октября 1582 года (даты реформы григорианского календаря).
   • Узел — это MAC-адрес машины, генерирующей UUID.
   • Последовательность часов помогает обеспечить уникальность при изменении времени на часах (например, из-за перезагрузки системы).

2. Версия 3 и версия 5 (на основе имени):

   • Пространство имен (например, домен DNS) объединяется с именем (например, путем к файлу или URL-адресом) и хэшируется.
   • Хеш (MD5 для версии 3, SHA-1 для версии 5) затем структурируется в формат UUID, что обеспечивает правильную настройку полей версии и варианта.

3. Версия 4 (случайная):

   • Для 122 бит UUID генерируются случайные или псевдослучайные числа.
   • Поля версии и варианта устанавливаются соответствующим образом, обеспечивая соответствие стандартам UUID.

Пример расчета UUIDv4

Шаг 1: сгенерируйте 128 случайных битов

Предположим, мы генерируем следующее 128-битное случайное значение:

110011001101011011010101011110101011101101101110010111010101101101011111011010011011110100100101111001011

Шаг 2: примените версию и вариант UUIDv4

1. Версия: замените биты 12–15 (4-й символ) на 0100 (для UUID версии 4).
   Исходное значение: 1100 становится 0100 → Обновлено значение в этой позиции.

2. Вариант: Замените биты 6–7 9-го байта на 10 (для варианта RFC 4122).
   Исходное значение: 11 становится 10 → Обновлено значение в этой позиции.

Шаг 3: форматирование в шестнадцатеричном формате

Преобразуйте 128-битный двоичный файл в 5 шестнадцатеричных групп:

1. 32-битная группа: 11001100110101101101010101111010 → ccda55ba
2. 16-битная группа: 1011101101101110 → b76e
3. 16-битная группа: 0100010101000101 → 4545 (с 0100 для версии 4)
4. 16-битная группа: 1010110111110010 → adf2 (с 10 для варианта)
5. 48-битная группа: 11010011011110100100101111001011 → d39d25cb

Шаг 4: Объедините группы

Окончательный UUID будет выглядеть так:
ccda55ba-b76e-4545-adf2-d39d25cb